DE102019112343A1 - Motor vehicle light - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird eine Kraftfahrzeugleuchte mit einer Lichtquelle, einem Reflektor und einer Linse, wobei die Lichtquelle, der Reflektor und die Linse relativ zueinander so angeordnet sind, dass von der Lichtquelle ausgehendes Licht auf den Reflektor einfällt und von dem Reflektor auf die Linse gerichtet wird. Die Kraftfahrzeugleuchte zeichnet sich dadurch aus, dass eine der Lichtquelle und der Linse zugewandte Reflexionsfläche des Reflektors Facetten aufweist ist, die durch ihre Form und Anordnung dazu eingerichtet sind, jeweils einzeln die gesamte Lichteintrittsfläche der Linse auszuleuchten, und dass ein Brennpunkt der Linse in der Nähe des Reflektors oder auf der Reflexionsfläche des Reflektors liegt.A motor vehicle light is presented with a light source, a reflector and a lens, the light source, the reflector and the lens being arranged relative to one another so that light emanating from the light source is incident on the reflector and is directed by the reflector onto the lens. The motor vehicle lamp is characterized in that a reflective surface of the reflector facing the light source and the lens has facets which, due to their shape and arrangement, are designed to individually illuminate the entire light entry surface of the lens, and that a focal point of the lens is nearby of the reflector or on the reflective surface of the reflector.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte mit einer Lichtquelle, einem Reflektor und einer Linse, wobei die Lichtquelle, der Reflektor und die Linse relativ zueinander so angeordnet sind, dass von der Lichtquelle ausgehendes Licht auf den Reflektor einfällt und von dem Reflektor auf die Linse gerichtet wird. Eine solche Kraftfahrzeugleuchte wird als per se bekannt vorausgesetzt.The present invention relates to a motor vehicle light with a light source, a reflector and a lens, the light source, the reflector and the lens being arranged relative to one another in such a way that light emanating from the light source is incident on the reflector and is directed by the reflector onto the lens . Such a motor vehicle light is assumed to be known per se.
Anders als Scheinwerfer dienen Kraftfahrzeugleuchten primär dazu, anderen Verkehrsteilnehmern die Präsenz eines Kraftfahrzeuges, dessen Verhalten und/oder die Absichten seines Fahrers zu signalisieren. Beispiele von Kraftfahrzeugleuchten sind Blinkleuchten, Bremsleuchten, Schlussleuchten und Tagfahrlichtleuchten, ohne dass diese Aufzählung abschließend gemeint ist.In contrast to headlights, motor vehicle lights are primarily used to signal the presence of a motor vehicle, its behavior and / or the intentions of its driver to other road users. Examples of motor vehicle lights are turn signal lights, brake lights, tail lights and daytime running lights, without this listing being meant to be exhaustive.
Aus der
Die
Für Signallichtfunktionen in Kraftfahrzeugleuchten werden von den Fahrzeugherstellern i.d.R. bestimmte Erscheinungsformen leuchtender Flächen gewünscht, die sich weniger an den Formen klassischer Reflektoren oder Linsen und vielmehr an ästhetischen Vorstellungen orientieren.For signal light functions in motor vehicle lights, vehicle manufacturers usually use certain forms of appearance of luminous surfaces are desired, which are less based on the shapes of classic reflectors or lenses and more on aesthetic ideas.
Gewünscht wird dabei oft, dass eine vorgegebene Freiformfläche aus möglichst allen Betrachtungswinkeln gleichmäßig leuchtend erscheint. Auf der anderen Seite müssen jedoch auch gesetzliche Anforderungen an die Lichtverteilung der Leuchte eingehalten werden.It is often desired that a given free-form surface appears uniformly luminous from as many viewing angles as possible. On the other hand, however, legal requirements for the light distribution of the luminaire must also be complied with.
Zu diesem Zweck kann als letztes optisches Element im Strahlengang der Kraftfahrzeugleuchte eine transparente Scheibe mit Streuoptiken als Lichtaustrittsfläche verwendet werden. Die Scheibe kann prinzipiell beliebig geformt und beschnitten werden.For this purpose, as the last optical element in the beam path of the motor vehicle light, a transparent pane with scattering optics can be used as the light exit surface. In principle, the disc can be shaped and cut as desired.
Durch die streuenden Optiken kann die gesetzlich vorgeschriebene Lichtverteilung erreicht werden, und der Fokus des Betrachters richtet sich intuitiv auf die streuende Optik und nicht die optischen Komponenten im Hintergrund.The light distribution required by law can be achieved through the diffusing optics, and the viewer's focus is intuitively directed towards the diffusing optics and not the optical components in the background.
Es ist jedoch schwierig, die transparente Scheibe so auszuleuchten, dass sie zum einen aus möglichst vielen Betrachtungswinkeln gleichmäßig leuchtend wirkt, und zum anderen die gesetzlich geforderten Lichtwerte eingehalten werden können.However, it is difficult to illuminate the transparent pane in such a way that, on the one hand, it appears uniformly luminous from as many viewing angles as possible and, on the other hand, the legally required light values can be maintained.
Mit optischen Bauteilen wie Paraboloidreflektoren oder Vorsatzoptiken kann i.d.R. keine gleichmäßige Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche erreicht werden.With optical components such as parabolic reflectors or attachment optics, it is usually possible to no uniform illumination of the light exit surface can be achieved.
Plan- oder bikonvexe Linsen können zwar sehr gleichmäßig ausgeleuchtet werden, haben aber den Nachteil, dass ihre numerische Apertur stark mit der Dicke der Linse korreliert. Für größere Flächen müssen entweder sehr dicke und damit schwer bzw. teuer zu fertigende Linsen verwendet werden, oder es muss ein hoher Lichtverlust durch die kleine numerische Apertur in Kauf genommen werden. Zudem führt der Beschnitt der Linsen (d.h. die Form ihres das durchtretende Lichtbündel umschließenden Randes) z.B. bei einem schmalen auszuleuchtenden Streifen zu erheblichen Lichtstromverlusten.Plane or biconvex lenses can be illuminated very evenly, but have the disadvantage that their numerical aperture strongly correlates with the thickness of the lens. For larger surfaces, either very thick lenses, which are difficult or expensive to manufacture, must be used, or a high loss of light due to the small numerical aperture must be accepted. In addition, the trimming of the lenses (i.e. the shape of their edge surrounding the light beam passing through) e.g. with a narrow strip to be illuminated, there is considerable loss of luminous flux.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Kraftfahrzeugleuchte, bei der ein transparentes und Streustrukturen aufweisendes optisches Element, sei es eine Linse oder eine Streuscheibe, gleichmäßig beleuchtet wird und dabei das Licht einer Lichtquelle effizient zur Erzeugung einer gesetzlich geregelten Lichtverteilung genutzt werden kann. Zudem soll es möglich sein möglichst beliebige Beschnitte zu ermöglichen.Against this background, the object of the invention is to specify a motor vehicle light in which a transparent optical element having scattered structures, be it a lens or a diffuser, is uniformly illuminated and the light from a light source is used efficiently to generate a legally regulated light distribution can. In addition, it should be possible to enable any possible cuts.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik dadurch, dass eine der Lichtquelle und der Linse zugewandte Reflexionsfläche des Reflektors Facetten aufweist, die durch ihre Form und Anordnung dazu eingerichtet sind, jeweils einzeln die gesamte Lichteintrittsfläche der Linse auszuleuchten, und dass ein Brennpunkt der Linse in der Nähe des Reflektors oder auf der Reflexionsfläche liegt.This object is achieved with the features of claim 1. The invention differs from the prior art mentioned at the beginning in that a reflective surface of the reflector facing the light source and the lens has facets which, due to their shape and arrangement, are designed to individually illuminate the entire light entry surface of the lens, and that a focal point the lens is close to the reflector or on the reflective surface.
Die Erfindung beruht darauf, das Licht einer Lichtquelle zunächst mit einem Reflektor aufzufangen. Auf dem Reflektor befinden sich streuende Kissenoptiken, von denen jede Kissenoptik zumindest die Fläche einer Linse, die sich im weiteren Strahlengang befindet, ausleuchtet. Die Linse wiederum ist so ausgestaltet, dass sie Licht von einem Brennpunkt in der Nähe oder auf dem Reflektor in eine Hauptabstrahlrichtung kollimiert.The invention is based on the light of a light source initially with a reflector to catch. On the reflector there are scattering cushion optics, each of which illuminates at least the surface of a lens that is located in the further beam path. The lens in turn is designed in such a way that it collimates light from a focal point in the vicinity or on the reflector in a main emission direction.
Dieses optische System bietet eine Reihe von Vorteilen: Betrachtet man den Reflektor durch die Linse, so ist vom Betrachter aus immer nur ein kleiner Teil des Reflektors sichtbar, dessen Position vom Betrachtungswinkel abhängt. In einem kleinen Bereich ist die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle auf dem Reflektor weitestgehend konstant. Wenn nun jede Kissenoptik die Linse gleichmäßig ausleuchtet, wird die Linse für den Fall sehr kleiner Kissen aus jedem Betrachtungswinkel, aus dem der Reflektor durch die Linse sichtbar ist, homogen ausgeleuchtet.This optical system offers a number of advantages: If you look at the reflector through the lens, only a small part of the reflector is visible to the viewer, the position of which depends on the viewing angle. The illuminance of the light source on the reflector is largely constant in a small area. If each pillow optic now illuminates the lens uniformly, the lens is homogeneously illuminated in the case of very small pillows from every viewing angle from which the reflector is visible through the lens.
Die Brennweite des Reflektors kann unabhängig von der Größe der auszuleuchtenden Fläche gewählt werden. Dadurch kann eine hohe Lichtausbeute erreicht werden.The focal length of the reflector can be selected independently of the size of the area to be illuminated. This enables a high light yield to be achieved.
Der Beschnitt des Reflektors ist unabhängig vom Beschnitt der Lichtaustrittsfläche. Dies kann die Lichtausbeute verbessern und wirkt sich positiv auf den benötigten Bauraum aus. Bei Kraftfahrzeugleuchten ist häufig die Gesamthöhe des optischen Systems ein limitierender Faktor. Wird bspw. ein Souffleusen-Reflektor mit LED-Lichtquelle verwendet, müssen LED, Platine und evtl. ein Kühlkörper über oder unter der Lichtaustrittsfläche liegen, so dass das System insgesamt höher aufbaut als die Lichtaustrittsfläche. Bei der vorliegenden Erfindung kann sich das gesamte optische System hinter der Lichtaustrittsfläche befinden.The trimming of the reflector is independent of the trimming of the light exit surface. This can improve the light yield and has a positive effect on the installation space required. In the case of motor vehicle lights, the overall height of the optical system is often a limiting factor. If, for example, a prompter reflector with an LED light source is used, the LED, circuit board and possibly a heat sink must be above or below the light exit surface, so that the system as a whole is higher than the light exit surface. In the present invention, the entire optical system can be located behind the light exit surface.
Bei Reflektorsystemen mit LED-Lichtquellen werden bevorzugt mehrere Reflektorkammern von LEDs gespeist, die auf einer gemeinsamen Platine positioniert sind. Dadurch muss jedoch die Kontur der Leuchte im Wesentlichen einer Ebene folgen, die zur Hauptabstrahlrichtung (i.d.R. Fahrtrichtung) des optischen Systems parallel verlauft. Diese Einschränkung wird bei der vorliegenden Erfindung aufgeweicht.In reflector systems with LED light sources, several reflector chambers are preferably fed by LEDs, which are positioned on a common circuit board. As a result, however, the contour of the luminaire must essentially follow a plane that runs parallel to the main direction of radiation (usually the direction of travel) of the optical system. This limitation is relaxed in the present invention.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine reflektorseitige Brennweite der Linse dem 0,8-fachen bis 1,2-fachen des Abstandes zwischen einem Flächenschwerpunkt des Reflektors und einem geometrischen Schwerpunkt der Linse entspricht.A preferred embodiment is characterized in that a reflector-side focal length of the lens corresponds to 0.8 to 1.2 times the distance between a centroid of the reflector and a geometric centroid of the lens.
Bevorzugt ist auch, dass eine Basisfläche des Reflektors Ellipsoid-förmig ist. Diese Form bietet mit den zwei Brennpunkten der Ellipse eine Möglichkeit einer effektiven Umlenkung des von einem der Brennpunkte ausgehenden Licht in eine zu dem anderen Brennpunkt weisende Vorzugsrichtung.It is also preferred that a base surface of the reflector is ellipsoidal. With the two focal points of the ellipse, this shape offers the possibility of an effective deflection of the light emanating from one of the focal points in a preferred direction pointing to the other focal point.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle in einem ersten Brennpunkt der Ellipsoid-förmigen Basisfläche angeordnet ist.Another preferred embodiment is characterized in that the light source is arranged in a first focal point of the ellipsoid-shaped base surface.
Weiter ist bevorzugt, dass die Linse so angeordnet ist, dass ein geometrischer Schwerpunkt der Linse in der Nähe zu einem zweiten Brennpunkt der ellipsoid-förmigen Basisfläche liegt.It is further preferred that the lens is arranged in such a way that a geometric center of gravity of the lens is close to a second focal point of the ellipsoid-shaped base surface.
Bevorzugt ist auch, dass die Nähe dadurch definiert ist, dass sich der geometrische Schwerpunkt der Linse in einem Abstand zu dem Brennpunkt befindet, der kleiner als eine halbe Brennweite der Linse ist.It is also preferred that the proximity is defined by the fact that the geometric center of gravity of the lens is at a distance from the focal point which is less than half a focal length of the lens.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Facetten kissenförmig sind.Another preferred embodiment is characterized in that the facets are pillow-shaped.
Bevorzugt ist auch, dass die kissenförmigen Facetten in einem rechteckigen Gitter angeordnet sind.It is also preferred that the pillow-shaped facets are arranged in a rectangular grid.
Weiter ist bevorzugt, dass eine Form einer Projektion der Lichteintrittsfläche der Linse in der Hauptabstrahlrichtung des Reflektors von einem Rechteck abweicht und der Reflektor durch seine Form und Anordnung dazu eingerichtet ist, ein diese Form umgebendes und möglichst kleines Rechteck vollständig zu beleuchten.It is further preferred that a shape of a projection of the light entry surface of the lens deviates from a rectangle in the main emission direction of the reflector and the reflector is set up by its shape and arrangement to completely illuminate a rectangle that surrounds this shape and is as small as possible.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche der Linse streuende Oberflächenstrukturen aufweist.Another preferred embodiment is characterized in that the light entry surface and / or the light exit surface of the lens has scattering surface structures.
Bevorzugt ist auch, dass die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche der Linse glatte Flächen sind und dass die Kraftfahrzeugleuchte eine streuende Oberflächenstrukturen aufweisende Lichtscheibe aufweist, die so angeordnet ist, dass sie mit aus der Lichtaustrittsfläche der Linse austretendem Licht der Lichtquelle beleuchtbar ist.It is also preferred that the light entry surface and the light exit surface of the lens are smooth surfaces and that the motor vehicle lamp has a light disc which has scattering surface structures and which is arranged so that it can be illuminated with light from the light source emerging from the light exit surface of the lens.
Weiter ist bevorzugt, dass die Linse eine stufenförmige Lichteintrittsfläche oder Lichtaustrittsfläche aufweist.It is further preferred that the lens has a step-shaped light entry surface or light exit surface.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Linse eine bi-konvexe Form aufweist.Another preferred embodiment is characterized in that the lens has a bi-convex shape.
Bevorzugt ist auch, dass eine Einhüllende der Linsenform eine plan-konvexe Form aufweist, dass die konvexe Seite dem Reflektor zugewandt angeordnet ist und dass die plane Seite kissenförmige Streustrukturen aufweist.It is also preferred that an envelope of the lens shape has a plano-convex shape with the convex side facing the reflector is arranged and that the flat side has pillow-shaped scattering structures.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages emerge from the following description, the drawings and the subclaims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 eine Anordnung einer Lichtquelle, eines Reflektors und einer Linse in einer Kraftfahrzeugleuchte; -
2 die Anordnung aus der1 zusammen mit einer Vielzahl von kissenförmigen Facetten auf der Reflexionsfläche des Reflektors; -
3 Strahlengänge, wie sie beim Gegenstand der1 und2 auftreten und die verdeutlichen, dass ein Betrachter immer nur einen kleinen Bereich des Reflektors sieht; -
4 eine Ausgestaltung, bei der eine Lichtaustrittsfläche der Linse mit Streustrukturen versehen ist; -
5 eine Anordnung mit einer plankonvexen Linse; -
6 eine Anordnung mit einer bikonvexen Linse; und -
7 eine Ausgestaltung mit einer zusätzlichen Streuscheibe.
-
1 an arrangement of a light source, a reflector and a lens in a motor vehicle lamp; -
2 the arrangement from the1 together with a plurality of pillow-shaped facets on the reflective surface of the reflector; -
3 Ray paths, as seen in the subject of1 and2 occur and make it clear that an observer only ever sees a small area of the reflector; -
4th an embodiment in which a light exit surface of the lens is provided with scattering structures; -
5 an arrangement with a plano-convex lens; -
6th an assembly with a biconvex lens; and -
7th an embodiment with an additional diffuser.
Im Einzelnen zeigt die
Eine Basisfläche
Eine Nähe zum geometrischen Schwerpunkt
Die kissenförmigen Facetten können zum Beispiel die Form eines Ausschnitts aus einer Torus-Fläche besitzen, bei der die Krümmungsradien so gewählt sind, dass die Lichtstrahlen, die auf den Rand der Facette treffen zum Rand der Linse / Lichtscheibe bzw. in deren Nähe umgelenkt werden, sodass die ganze Linse / Lichtscheibe ausgeleuchtet wird. Statt den Facetten eine torische Fläche zugrunde zu legen können auch bekannte Verfahren zur Auslegung von Facetten beispielsweise mit Freiformflächen angewendet werden.The pillow-shaped facets can, for example, have the shape of a section from a torus surface, in which the radii of curvature are chosen so that the light rays that hit the edge of the facet are deflected to the edge of the lens / light disk or in its vicinity, so that the entire lens / lens is illuminated. Instead of using a toric surface as a basis for the facets, known methods for designing facets, for example with freeform surfaces, can also be used.
Dabei ist bevorzugt, dass zumindest ein zusammenhängender Teil der Reflexionsfläche des Reflektors
Durch die so definierte Anordnung des Reflektors
In einem solchen kleinen Teil des Reflektors
Die Brennweite des ellipsoidförmigen Reflektors
Der Beschnitt des Reflektors
Bei Kraftfahrzeugleuchten ist häufig die Gesamthöhe des optischen Systems ein limitierender Faktor. Wird bspw. ein Souffleusen-Reflektor mit LED-Lichtquelle verwendet, müssen LED, Platine und evtl. ein Kühlkörper über oder unter der Lichtaustrittsfläche liegen, so dass das System insgesamt eine Bauhöhe aufweist, die größer ist als die Höhe der Lichtaustrittsfläche. Bei der vorliegenden Erfindung kann sich das gesamte optische System aus der Sicht eines die Kraftfahrzeugleuchte von außen betrachtenden Betrachters dagegen hinter der Lichtaustrittsfläche der Linse
Bei Reflektorsystemen mit LED-Lichtquellen werden bevorzugt mehrere Reflektorkammern von LEDs gespeist, die auf einer gemeinsamen Platine positioniert sind. Dadurch muss jedoch die Kontur der Leuchte im Wesentlichen einer Ebene folgen, die zur Hauptabstrahlrichtung (i.d.R. Fahrtrichtung) des optischen Systems parallel verlauft. Diese Einschränkung wird bei der vorliegenden Erfindung aufgeweicht.In reflector systems with LED light sources, several reflector chambers are preferably fed by LEDs, which are positioned on a common circuit board. As a result, however, the contour of the luminaire must essentially follow a plane that runs parallel to the main direction of radiation (usually the direction of travel) of the optical system. This limitation is relaxed in the present invention.
Werden die streuenden Facetten
Weicht der Beschnitt der Linsenfläche in Projektion zur Hauptabstrahlrichtung von der Rechteckform ab, so kann ein möglichst kleines die Linse umgebendes Rechteck gewählt werden, das von dem Reflektor
Prinzipiell können auch von der Rechteckform abweichende Flächen ausgeleuchtet werden. Allerdings ist es u.U. nicht mehr möglich, aus den Facettenflächen eine geschlossene Reflektorfläche zu erzeugen. Die Basisfläche
Andersherum betrachtet wird ein von der Linse
Dieser gewünschte Effekt ergibt sich dadurch, dass reflektorseitige Brennpunkte der Linse
Da die Linse
Ist bei einer plan-konvexen Linse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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Legal Events
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