DE102020202923A1

DE102020202923A1 - Optisches Element für eine Leuchte und Leuchte mit einem solchen optischen Element

Info

Publication number: DE102020202923A1
Application number: DE102020202923.7A
Authority: DE
Inventors: Marc Schwenkbeck; Roman Liske
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-09
Also published as: WO2021176055A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1, 1', 1'') für eine Leuchte (2), wobei das optische Element (1, 1', 1'') als Linienoptik (10, 10', 10'') mit einer aus Wellen (11) gebildeten symmetrischen Rillenstruktur (12) ausgebildet ist und sich die Rillenstruktur (12) ausgehend von einem Symmetriezentrum (P0) in zumindest einer Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element für eine Leuchte und eine Leuchte mit einem solchen optischen Element sowie deren Verwendung.
Stand der Technik
Vielfach werden Leuchten mit optischen Elementen eingesetzt, über die das von Leuchtmitteln ausgesendete Licht anwendungsspezifisch geformt werden kann. Gerade im Bereich von Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten für Fahrzeuge verfügen die bekannten Leuchten jedoch nur über eine begrenzte Ausleuchtungsbreite, beispielweise über einen maximalen Abstrahlbereich von +/- 40°. Die Eignung dieser Leuchten ist somit für eine breite Ausleuchtung in größeren Abständen, wie dies für Arbeitsleuchten oder Vorfeldleuchten eines Fahrzeugs wünschenswert wäre, nur bedingt gegeben. Auch weisen die vorgenannten Leuchten bzw. die hier eingesetzten optischen Elemente keine ortsaufgelösten Strahlformungseigenschaften auf, so dass die Flexibilität in der Ausleuchtungsgestaltung beschränkt ist.
Darstellung von Aspekten und Ausführungsbeispielen
Es ist daher Aufgabe, ein optisches Element für eine Leuchte, insbesondere eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs, und eine entsprechende Leuchte mit einem solchen optischen Element bereitzustellen, die eine verbesserte anwendungsspezifische Ausleuchtung ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element für eine Leuchte mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, eine Leuchte mit einem solchen optischen Element nach Anspruch 15 und einer Verwendung des optischen Elements oder der Leuchte nach Anspruch 20.
Ausgangspunkt ist ein optisches Element für eine Leuchte, wobei das optische Element als Linienoptik mit einer aus Wellen gebildeten symmetrischen Rillenstruktur ausgebildet ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen verändert sich die Rillenstruktur ausgehend von einem Symmetriezentrum in zumindest einer Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur kontinuierlich. Die kontinuierliche Veränderung ist mathematisch ableitbar und kann somit als Funktion beschrieben werden.
Der Begriff der Linienoptik bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Ausbildung einer linienförmigen Strahlformung in Ausbreitungsrichtung der Wellen. Die Abstrahlung erfolgt senkrecht zur Grundfläche der Wellen bzw. Rillenstruktur. Durch eine rotationssymmetrische Ausbildung der Wellenstruktur, wie dies später nochmals aufgegriffen wird, werden für jeden Winkel linienförmige Projektionen abgebildet, so dass die Ausleuchtung insgesamt kreisförmig ausgebildet werden kann. Eine entsprechende Optik wird hinsichtlich ihrer Strahlformung in Ausbreitungsrichtung der Wellen immer noch als Linienoptik verstanden. Das optische Element kann neben einer Linienoptik weitere Funktionalitäten umfassen, zumindest aber durch die Linienoptik mit ausgebildet sein.
Das Symmetriezentrum kann als Symmetriepunkt oder Symmetrieachse ausgebildet sein, an dem oder an der die Rillenstruktur in zumindest einer Ausbreitungsrichtung durch Spiegelung auf sich selbst abgebildet wird. Sofern die Rillenstruktur mehrere Ausbreitungsrichtungen aufweist, kann die kontinuierliche Veränderung auch in allen Ausbreitungsrichtungen vorgesehen werden. Als Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur werden in diesem Zusammenhang die Richtung oder die Richtungen verstanden, in der sich die die Rillenstruktur bildenden Wellen jeweils aneinanderreihen.
Durch die kontinuierliche Veränderung der Rillenstruktur in zumindest einer Ausbreitungsrichtung kann die Strahlformungseigenschaft des optischen Elements ortsaufgelöst verändert werden, um die Ausleuchtung insgesamt aufzuweiten. Die Ortsauflösung ist im Nahfeld deutlich sichtbar und bildet im Fernfeld zunehmend die Gesamtausleuchtung ab. Anderseits kann es hierdurch auch möglich sein, eine Anpassung an eine geänderte Einstrahlcharakteristik vorzunehmen. Durch die symmetrische Änderung kann eine symmetrische Ausleuchtung in Vorzugsrichtungen unterstützt werden. Als Ausleuchtung wird hier und auch im Folgenden eine Intensitätsverteilung oberhalb eines vorbestimmten Werts verstanden. Der vorbestimmte Wert der Intensität korrespondiert zu einem anwendungsspezifischen Mindestwert, beispielsweise zu einer Intensität im einem Arbeitsabstand, beispielsweise einer Intensität in einem Abstand von 25 m für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen.
In einer Ausgestaltung verändern sich die Wellenabstände der Wellen in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur kontinuierlich.
Durch eine kontinuierliche Verringerung der Wellenabstände kann die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung der Wellen gegenüber gleichbleibenden Wellenabständen vergrößert werden. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen genutzt werden, beispielsweise in einem Arbeitsbereich von etwa 25 m.
Alternativ kann durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Wellenabstände die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung gegenüber gleichbleibenden Wellenabständen verringert werden. Dies kann dazu genutzt werden, die Intensität der Beleuchtung in einem zentralen Bereich zu erhöhen.
Durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Wellenabstände mit zunehmendem Abstand vom Symmetriezentrum kann beispielsweise in größeren Radien und geringeren Steigungen der Wellen resultieren. Dadurch nimmt die Linienoptik mit zunehmenden Abstand vom Symmetriezentrum immer weniger Einfluss auf die Abstrahlcharakteristik der Lichtquellen. Wird der Abstand der Wellenberge jedoch zu Beginn im Symmetriezentrum verhältnismäßig klein gewählt, so kann trotzdem ein optischer Effekt erzielt werden, um die Ausleuchtung aufzuweiten. Die Ablenkung der Lichtstrahlen ist dabei im Symmetriezentrum am größten und nimmt zu den Rändern hin ab. Bei einer kontinuierlichen Verringerung der Wellenabstände ist die Ablenkung der Lichtstrahlen im Symmetriezentrum geringer und nimmt zu den Rändern hin zu.
Alternativ oder ergänzend verändern sich Steigungen der Wellen in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur kontinuierlich.
Durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Steigungen kann die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung der Wellen gegenüber gleichbleibenden Steigungen vergrößert werden. Dies kann alternativ oder ergänzend zur Verringerung der Wellenabstände genutzt werden. Entsprechend kann diese Maßnahme gleichfalls für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen genutzt werden.
Alternativ kann durch eine kontinuierliche Verringerung der Steigungen die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung gegenüber gleichbleibenden Steigungen verringert werden. Auch hierdurch kann alternativ oder ergänzend zur Vergrößerung der Wellenabstände die Intensität der Beleuchtung in einem zentralen Bereich erhöht werden.
Die hierdurch erreichbaren Effekte ergeben sich analog zu den Ausführungen zur Veränderung der Wellenabstände.
In einer weiteren Alternative oder Ergänzung verändern sich Radien der Wellenberge und Wellentäler von Welle zu Welle der Rillenstruktur kontinuierlich.
Durch eine kontinuierliche Verringerung der Radien kann die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung der Wellen gegenüber gleichbleibenden Radien vergrößert werden. Dies kann alternativ oder ergänzend zur Verringerung der Wellenabstände und/oder Vergrößerung der Steigungen genutzt werden. Entsprechend kann diese Maßnahme gleichfalls für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen genutzt werden.
Alternativ kann durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Radien die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung gegenüber gleichbleibenden Radien verringert werden. Auch hierdurch kann alternativ oder ergänzend zur Vergrößerung der Wellenabstände oder Verringerung der Steigungen die Intensität der Beleuchtung in einem zentralen Bereich erhöht werden.
Die mit der Veränderung der Radien der Wellenberge einhergehenden Effekte ergeben sich auch hier analog gemäß den Ausführungen zur Veränderung der Wellenabstände.
In einer Weiterbildung wird die Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Cosinus-Funktion ausgebildet.
Die Cosinus-Funktion umfasst dabei gemäß der kontinuierlichen Veränderung der Rillenstruktur in Ausbreitungsrichtung zumindest einen sich über den Abstand vom Symmetriezentrum kontinuierlich verändernden Faktor. Mit anderen Worten enthält die Cosinus-Funktion zumindest den entsprechenden Abstand oder eine andere, diesen Abstand in veränderlicher Weise repräsentierende Größe.
Durch die Beschreibung der Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum als Cosinus-Funktion liegt der erste Wellenberg der Rillenstruktur im Symmetriezentrum.
Die meisten Leuchten besitzen eine vertikale Symmetrieebene und auch die Leuchtmittel sind anhand dieser Symmetrieausgebildet. Die Verwendung einer Cosinus-Funktion ist in diesem Fall von Vorteil, da auch sie sich an der vertikalen Symmetrieebene spiegeln lässt.
Insbesondere werden die Wellen ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(x^∧p)) ausgebildet, wobei x den Abstand vom Symmetriezentrum (PO), p die Progression und s die Skalierung bezeichnen.
Über die Anwendung der vorstehenden Funktion wird in Abhängigkeit des Abstands vom Symmetriezentrum sowohl der Abstand der Wellenberge zueinander über die Skalierung s als auch die Geschwindigkeit der Änderung des Abstands der Wellenberge mit jeder weiteren Periode über die Progression p beeinflusst.
Ausgehend von einer Rillenstruktur mit vom Symmetriezentrum aus abnehmenden Abständen der Wellenberge weist eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Skalierung s gegenüber kleineren Werten für die Skalierung s bei gleichem Wert der Progression p kleinere Abstände auf. Mit anderen Worten würde eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Skalierung s auf gleicher Strecke mehr Wellenberge aufweisen.
Ausgehend von einer Rillenstruktur mit vom Symmetriezentrum aus abnehmenden Abständen der Wellenberge weist eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Progression p gegenüber kleineren Werten für die Progression p bei gleichem Wert der Skalierung s eine schnellere Änderung der Abstände auf. Mit anderen Worten würde eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Progression p auf gleicher Strecke ebenfalls mehr Wellenberge aufweisen.
Durch die Anwendung der vorstehenden Funktion kann insbesondere die Vergrößerung der Ausleuchtung in Ausbreitungsrichtung der Wellen unterstützt werden.
In einer Ausgestaltung beträgt die Progression 1,6 +/- 10%.
Die Progression p liegt somit bevorzugt im Bereich von 1,44 bis 1,76. Fällt die Progression p unterhalb des Werts von 1,44 kann die Änderung der Wellenabstände zu gering sein, um die Ausleuchtung noch wesentlich aufweiten zu können. Beispielsweise liegt die Erstreckung einer Linienoptik für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen in Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur insgesamt etwa 40 bis 200 mm. Somit ist die Änderung der Wellenabstände aus Symmetriegründen über jeweils die halbe Erstreckung ausreichend schnell vorzunehmen, um eine wahrnehmbare bzw. applikationsspezifisch ausreichende Aufweitung der Ausleuchtung umsetzen zu können. Bei größeren Werten für die Progression p, also bei Werten oberhalb von 1,76, kann eine zu große Strahlaufweitung erfolgen, so dass aufgrund der damit einhergehenden Intensitätsverringerung keine ausreichende Ausleuchtung im bevorzugten Arbeitsabstand mehr erzielt kann.
Alternativ oder ergänzend beträgt die Skalierung 0,50 +/- 10%.
Die Skalierung s liegt somit bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,55. Fällt die Skalierung s unterhalb des Werts von 0,45 kann der Abstand der Wellenberge zu gering sein, um die Ausleuchtung noch wesentlich aufweiten zu können. Die Ausführungen zu Werten der Progression p kleiner als 1,44 korrespondieren zu den Folgen zu kleiner Werte für die Skalierung s. Analog sind die Angaben zu Werten der Progression größer als 1,76 auf Werte für eine Skalierung s größer 0,55 übertragbar.
Für die Ausbildung der Wellen ausgehend vom Symmetriezentrum gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(x^∧p)) hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, sowohl die Werte für die Progression p als auch für die Skalierung s auf die jeweils vorstehend angegebenen Wertebereich zu beschränken. Hierdurch kann insbesondere für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen im Fernfeld, beispielsweise in einem Arbeitsabstand von 25 m, in Ausbreitungsrichtung der Wellen eine Ausleuchtung von 110° erzielt werden, die sich aus einer Aufweitung von jeweils 55° beiderseitig vom Symmetriezentrum ergibt.
In einer Ausgestaltung wird die Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Sinus-Funktion ausgebildet.
Vergleichbar zur Cosinus-Funktion umfasst die Sinus-Funktion dabei gemäß der kontinuierlichen Veränderung der Rillenstruktur in Ausbreitungsrichtung zumindest einen sich über den Abstand vom Symmetriezentrum kontinuierlich verändernden Faktor. Mit anderen Worten enthält auch die Sinus-Funktion zumindest den entsprechenden Abstand oder eine andere, diesen Abstand in veränderlicher Weise repräsentierende Größe.
Durch die Beschreibung der Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum als Sinus-Funktion liegt der erste Wellenberg der Rillenstruktur außerhalb des Symmetriezentrums bzw. beginnt die Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum mit einem Wellental.
Eine Sinus-Funktion kann insbesondere dann in Betracht gezogen werden, wenn der Abstand des Leuchtmittels und/oder die geometrische Ausdehnung bzw. Größe des Leuchtmittels größer ist als der Abstand der ersten Wellenberge bzw. Wellentäler im Symmetriezentrum.
Die Anwendung einer Sinus- oder Cosinus-Funktion kann auch abhängig von der Anordnung mehrerer Leuchtmittel oder Leuchten hinter der Optik sein. Der Einfluss der jeweils angewendeten Funktion auf die Ausleuchtung wird dabei umso geringer, je mehr Lichtquellen verwendet werden und umso geringer der Abstand zwischen den Lichtquellen ist.
Insbesondere ist die Rillenstruktur linear oder rotationssymmetrisch ausgebildet.
Bei einer linearen Ausbildung der Rillenstruktur wird das Symmetriezentrum aus einer Symmetrieachse gebildet. Die Rillenstruktur bildet sich demnach in einer Ausbreitungsrichtung aus, die senkrecht zur Symmetrieachse verläuft. Bevorzugt ist die Rillenstruktur entlang ihrer Ausbreitungsrichtung dabei punktsymmetrisch und/oder spiegelsymmetrisch. Die Linienoptik weist in dieser Ausgestaltung insbesondere eine rechteckige Form auf. Alternativ kann die Linienoptik als Polygon oder rund ausgeführt werden.
Im Gegensatz dazu weist eine rotationssymmetrische Rillenstruktur als Symmetriezentrum einen Symmetriepunkt auf, von dem aus die Rillenstruktur punktsymmetrisch ausgebildet. Demnach bilden sich die Wellen der Rillenstruktur konzentrisch um den Symmetriepunkt aus. Die Linienoptik ist in dieser Ausgestaltung insbesondere kreisförmig. Auch hier sind alternative Ausgestaltungen möglich, wie sie zur linearen Ausbildung der Rillenstruktur für die Linienoptik angeführt wurden.
In einer Ausführung ist die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite plan ausgebildet.
Durch die plane Ausbildung der Linienoptik auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite vereinfacht sich die optische Auslegung der Linienoptik, insbesondere wenn auch die der Rillenstruktur gegenüberliegende Seite der Linienoptik ebenfalls plan ausgebildet ist. Der Begriff „plan“ bezieht sich im Hinblick auf die Rillenstruktur darauf, dass die Rillenstruktur in einer ebene Fläche liegt.
Alternativ kann die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite konvex ausgebildet ist.
Insbesondere wird beispielsweise bei einer linearen Rillenstruktur die Rillenstruktur senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen konvex ausgeformt. Die konvexe Krümmung erfolgt in Richtung der der Rillenstruktur abgewandten Seite der Linienoptik. Die die Rillenstruktur aufweisende Fläche ist somit nach außen gekrümmt. Hierdurch kann ein durch die Linienoptik aus der Rillenstruktur austretender Strahl in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen aufgeweitet werden.
In einer weiteren Alternative kann die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite konkav ausgebildet ist.
Insbesondere wird beispielsweise bei einer linearen Rillenstruktur die Rillenstruktur senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen konkav ausgeformt. Die konkave Krümmung erfolgt in einer Richtung entgegen der der Rillenstruktur abgewandten Seite der Linienoptik. Die die Rillenstruktur aufweisende Fläche ist somit nach innen gekrümmt. Hierdurch kann ein durch die Linienoptik aus der Rillenstruktur austretender Strahl in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen fokussiert werden. Durch die Fokussierung kann in Abhängigkeit des Abstands zur Rillenstruktur in Ausleuchtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen verringert oder vergrößert werden. Dies kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, eine in dieser Richtung vergrößerte Ausleuchtung im Fernfeld zu erzielen.
Bei dem optischen Element kann die Linienoptik aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat ausgebildet sein.
Polymethylmethacrylat oder auch PMMA und Polycarbonat oder auch PC weisen eine hohe Verfügbarkeit auf und sind hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit flexibel einsetzbar. Alternativ kann die Linienoptik aber auch aus anderen Kunststoffen mit transmissiven Eigenschaften oder auch Glas, wie Kronglas oder Flintglas gebildet werden.
In einem weiteren Aspekt ist eine Leuchte mit zumindest einem optischen Element gemäß den vorstehenden Ausführungen betroffen, wobei die Leuchte ein oder mehrere Leuchtmittel aufweist, das oder die die Linienoptik von einer der Rillenstruktur abgewandten Seite aus durchstrahlen können.
Bevorzugt werden als Leuchtmittel LEDs eingesetzt, die direkt emittierend oder phosphor-konvertierend (pc), beispielsweise weiß, sein können. Im Falle phosphorkonvertierender LEDs kann die Konversionsschicht der LED-Austrittsfläche direkt nachgelagert oder mit ihr verbunden sein. Alternativ kann die Konversionsschicht aber auch von der LED-Austrittsfläche beabstandet werden, beispielsweise domartig über der LED-Austrittsfläche angeordnet sein.
Die Leuchte kann zudem derart ausgebildet sein, dass das optische Element in Bezug auf die Leuchtmittel einen veränderbaren Abstand aufweist und/oder um seine Hauptabstrahlrichtung gedreht und/oder verkippt werden kann. Folglich kann die resultierende Ausleuchtung gezielt verändert werden.
In einer Ausgestaltung ist zwischen dem einen oder den mehreren Leuchtmitteln und dem zumindest einen optischen Element ein dem jeweiligen Leuchtmittel zugehöriger Reflektor angeordnet.
Den Leuchtmitteln können somit Reflektoren als Primäroptiken zugeordnet werden, durch deren eingangsseitige Öffnungen das durch die Leuchtmittel bereitgestellte Licht eingekoppelt werden kann. Hierdurch wird eine erste Strahlformung und/oder Strahlführung vorgenommen, um das emittierte Licht auf den Arbeitsbereich der Linienoptik anzupassen. Die Reflektoren können hierzu eine parabolische, elliptische, Bezier- oder freiförmig ausgeführte Form aufweisen. Die innere Oberfläche der Reflektoren ist spekular reflektierend, insbesondere verchromt ausgebildet. Zudem kann die innere Oberfläche makro- oder mikrofacettiert sein.
In einer Ausführung weist die Leuchte mehrere Leuchtmittel auf, die Bezug auf eine zur Abstrahlungsrichtung senkrechte Ebene in einer Reihe, insbesondere in mehreren Reihen, angeordnet sind.
Beispielsweise sind je drei LEDs nebeneinander in zwei Reihen angeordnet. Die Anordnung erfolgt insbesondere spiegelsymmetrisch, d.h. die LEDs einer Reihe weisen keinen Versatz zu den LEDs der anderen Reihe auf. Durch die Anordnung mehrerer Leuchtmittel in mehreren Reihen, insbesondere in Verbindung mit den vorstehenden Reflektoren, kann eine gleichmäßige Ausleuchtung der Linienoptik erzielt werden.
Alternativ oder ergänzend weist die Leuchte mehrere Leuchtmittel aufweist, die in Bezug auf eine sich in Abstrahlungsrichtung erstreckende Achse rotationssymmetrisch angeordnet sind.
Beispielsweise können sechs LEDs eine Kreisanordnung ausbilden, wobei die Abstrahlungsrichtungen der LEDs parallel zueinander ausgerichtet sind. Auch hierüber kann, insbesondere in Verbindung mit den vorstehenden Reflektoren, eine gleichmäßige Ausleuchtung der Linienoptik erzielt werden.
Die rotationssymmetrische Anordnung der Leuchtmittel kann auch mit einer Anordnung der Leuchtmittel in mehreren Reihen kombiniert werden. Beispielsweise können mehrere Reihen Gruppen rotationssymmetrisch angeordneter Leuchtmittel umfassen. Alternativ oder ergänzend sind auch kreuzförmige Anordnungen der Leuchtmittel einsetzbar.
In einer Weiterbildung weist die Leuchte mehrere Leuchtmittel auf, die einzeln oder gruppenweise betrieben werden können.
Die Leuchtmittel können hierzu beispielsweise in Bezug auf ihre jeweilige Farbe, Farbtemperatur, Leistung und/oder Anordnung gruppiert werden. Eine solche Gruppierung ermöglicht die flexible Ausleuchtung der Linienoptik, wie hinsichtlich eine Farbe oder Farbmischung, Farbtemperatur oder Farbtemperaturverteilung, einer Intensität oder auch Form. Der Betrieb der Gruppen kann spezifische Parametereinstellung und/oder ein Ein- und Ausschalten der jeweiligen Gruppen umfassen.
Aspekte und Ausführungsbeispiele betreffen auch die Verwendung eines vorstehend beschriebenen optischen Elements oder einer gemäß den vorherigen Ausführungen ausgebildeten Leuchte für eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs.
Die zum optischen Element und zur Leuchte angegebenen Vorteile sind gleichermaßen auf die Verwendung für eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs anzuwenden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte gemäß einer ersten Ausgestaltung;
5 eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
6 Ausleuchtung durch ein optisches Element gemäß 1 durch Leuchtmittel mit und ohne Reflektor.

Bevorzugte Ausführungsform(en)
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das optische Element 1 ist als Linienoptik 10 mit einer aus Wellen 11 gebildeten symmetrischen Rillenstruktur 12 ausgebildet. Das optische Elementen 1 stimmt hier, wie auch in den anderen gezeigten Ausführungsformen, mit der Linienoptik exemplarisch überein. Die Linienoptik 10 ist rechteckig geformt und sowohl auf ihrer die Rillenstruktur 12 aufweisenden wie auch der gegenüberliegenden Seite plan ausgebildet. Als plane Ausbildung der die Rillenstruktur 12 aufweisenden Seite wird verstanden, dass die Rillenstruktur 12 in einer planen Ebene liegt. Die Erstreckung der Linienoptik 10 in Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12 beträgt vorzugsweise insgesamt etwa 40 bis 200 mm.
Ausgehend von einem Symmetriezentrum P0 verändert sich die Rillenstruktur 12 beidseitig in Ausbreitungsrichtung der die Rillenstruktur 12 bildenden Wellen 11 kontinuierlich. In der in 1 dargestellten Ausführungsform entspricht die Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12 einer Richtung parallel zur Achse x.
Das optische Element 1 weist nicht nur eine Symmetrie der Rillenstruktur 12 in Bezug auf das Symmetriezentrum P0 in Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12 aus, sondern ist auch in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung in Bezug auf die Achse x punktsymmetrisch. Das Symmetriezentrum P0 ist in 1 als einzelner Punkt dargestellt, umfasst hier aber hinsichtlich der spiegelsymmetrischen Ausgestaltung der Rillenstruktur 12 in Bezug auf die Achse z als Symmetrieachse jeden Punkt dieser Achse. Gezeigt ist darüber hinaus eine Achse y, die sich senkrecht zur Ebene, die durch die Achsen x und z aufgespannt wird, erstreckt. Die Rillenstruktur 12 kann in Bezug auf die Achsen demnach in der Achse y über die Achse x aufgetragen werden. Die die Rillenstruktur 12 ausbildenden Wellen 11 werden gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(x^∧p)) gebildet. Der Wert für x ergibt sich aus dem Abstand zum Symmetriezentrum P0 in Ausbreitungsrichtung der Wellen 11, also einer Richtung parallel zur Achse x. Der Wert für die Skalierung s beträgt hier vorzugsweise 0,50 und für die Progression p 1,6. Das optische Element 1 kann eine rechteckige Ausleuchtung erzeugen, deren Breite parallel zu einer Projektion der Achse x und deren Höhe parallel zu einer Projektion der Achse z verläuft, so dass eine linienförmige Ausleuchtung gebildet wird. Hierzu zeigt 6 exemplarisch eine Ausleuchtung 40 durch divergentes Licht, also durch Leuchtmittel ohne Reflektor, und eine Ausleuchtung 30 durch kollimiertes Licht, also durch Leuchtmittel mit Reflektor, wobei die Ausleuchtung 30 eine höhere Intensität aufweist. In Ausbreitungsrichtung der Wellen 11 kann eine Ausleuchtung von 110° erzielt werden, die sich aus einer Aufweitung von jeweils 55° beiderseitig vom Symmetriezentrum P0 ergibt
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das optische Element 1' der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem optischen Element 1 der ersten Ausführungsform durch die konkave Krümmung des optischen Elements 1' bzw. der Linienoptik 10' um die Achse x, also senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12. Die Linienoptik 10' ist demnach in Bezug auf die die Rillenstruktur 12 aufweisende Seite nach innen gekrümmt. Durch die konkave Krümmung wird die von der Rillenstruktur 12 abgewandten Seite die Linienoptik 10' durchdringende Strahlung auf eine zur Achse x parallele Linie gemäß der durch die Krümmung bedingten Brennweite fokussiert. In ausreichendendem Abstand zum gebildeten Linienfokus kann somit die Höhe der Ausleuchtung, also deren Erstreckung parallel zur Achse z, im Arbeitsabstand vergrößert werden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements 1" gemäß einer dritten Ausführungsform. Das optische Element 1'' bzw. die Linienoptik 10'' ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Rillenstruktur 12 verläuft ausgehend vom Symmetriezentrum P0 radial nach außen. Das Symmetriezentrum wird hier durch die Rotationsachse, die durch die Achse y gebildet wird, bestimmt. Die die Rillenstruktur 12 bildenden Wellen 11 werden in jedem Drehwinkel in Bezug auf die Achse y in radialer Ausbreitungsrichtung gleich geformt. Exemplarisch wird die Rillenstruktur 12 ausgehend vom Symmetriezentrum P0 nicht als Cosinus-, sondern Sinus-Funktion ausgebildet, so dass das Symmetriezentrum P0 aus einem Wellental gebildet wird.
Die rotationssymmetrische Ausgestaltung der Linienoptik 10'' bildet in jedem Drehwinkel eine linienförmige Ausleuchtung ab, wobei bei vollflächiger Durchstrahlung der Linienoptik 10" durch die Superposition der einzelnen Linien eine kreisförmige Ausleuchtung in einem Arbeitsabstand gebildet wird.
Zur Durchstrahlung der vorstehenden Linienoptiken 10, 10' oder 10'' weist eine Leuchte 2 oder 2', wie sie in Bezug auf die 4 und 5 beschrieben werden, ein entsprechendes optisches Element 1, 1' oder 1'' und zumindest ein Leuchtmittel 21 auf. Das zumindest eine Leuchtmittel 21 durchstrahlt die Linienoptiken 10, 10' oder 10" von einer der Rillenstruktur 12 abgewandten Seite.
4 zeigt beispielsweise eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte 2 gemäß einer ersten Ausgestaltung. Die Leuchte 2 ist hier nicht vollständig gezeigt, sondern lediglich die hierfür vorgesehene Leuchtmittelanordnung. Diese umfasst mehrere Leuchtmittel 21, die insbesondere als LEDs ausgebildet sind, und den jeweiligen Leuchtmitteln 21 zugehörige Reflektoren 22, die die Leuchtmittel 21 auf strahlungsemittierenden Seite umgeben, um die emittierte Strahlung zu formen und/oder zu führen. In der dargestellten Leuchtmittelanordnung sind je drei Leuchtmittel 21 mit ihren jeweiligen Reflektoren 22 nebeneinander in zwei Reihen angeordnet, wobei die Emissionsflächen der Leuchtmittel 21 vorzugsweise in einer Ebene liegen. Insbesondere rechteckige Linienoptiken, wie die Linienoptiken 10 oder 10', können über die Leuchtmittelanordnung gemäß 4 gleichmäßig ausgeleuchtet werden, wodurch auch eine gleichmäßige Ausleuchtung im Arbeitsabstand, insbesondere in Randbereichen im Fernfeld bei etwa 25 für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen, erzielbar ist.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte 2' gemäß einer zweiten Ausgestaltung. Auch hier beschränkt sich die Darstellung der Leuchte 2' auf die hierfür vorgesehene Leuchtmittelanordnung. Den Leuchtmitteln 21, die hier ebenfalls vorzugsweise durch LEDs gebildet werden, sind wie in der ersten Ausgestaltung auf der strahlungsemittierenden Seite Reflektoren 22 zugeordnet, die die emittierte Strahlung der Leuchtmittel 21 formen und/oder führen. Die Leuchtmittel 21 und ihren jeweils zugehörigen Reflektoren 22 sind kreisförmig um die Achse y, die zur Achse y in den 1 bis 3 korrespondiert, angeordnet. Die Abstrahlungsrichtung der durch die Leuchtmittel 21 im Zusammenwirken den Reflektoren emittierten Strahlung verläuft hierfür alle Leuchtmittel 21 parallel zur Achse y. Die Emissionsflächen der Leuchtmittel 21 liegen auch hier vorzugsweise in einer Ebene. Insbesondere kreisförmige Linienoptiken, wie die Linienoptik 10'', können über die Leuchtmittelanordnung gemäß 5 gleichmäßig ausgeleuchtet werden, wodurch auch eine gleichmäßige Ausleuchtung im Arbeitsabstand, insbesondere in Randbereichen im Fernfeld bei etwa 25 m für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen, erzielbar ist.
Die Leuchtmittelanordnungen der Leuchten 2 und 2' sind in Bezug auf die Linienoptiken 10, 10' oder 10" insbesondere so angeordnet, dass die Rillenstruktur 12 zumindest auf Höhe der Achse x mit senkrechtem Einstrahlwinkel durchlaufen wird. Die optischen Elemente 1, 1' oder 1'' können aber beispielsweise auch um die Achse x, die Achse y oder die Achse z drehbar oder in deren Richtungen verschiebbar sein, um eine Ausleuchtung in einem Arbeitsabstand gezielt anpassen zu können.
Aspekte des hier gemachten Vorschlags sind nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltungen beschränkt. Insbesondere sind bestimmte Merkmale einer Ausführungsform oder Ausgestaltung grundsätzlich auch auf andere Ausführungsformen oder Ausgestaltungen anwendbar, sofern sich dies nicht vernünftigerweise ausschließt. Auch wenn die näher beschriebenen optischen Elemente jeweils eine zur durch die Rillenstruktur 12 gebildeten Ebene parallele der Rillenstruktur 12 gegenüberliegende Seite aufweisen, kann diese gegenüberliegende Seite auch variable Abstände aufweisen, um die Strahlformung einer Leuchtmittelanordnung weiter zu beeinflussen. Zudem kann beispielsweise auch die Rillenstruktur 12 der Linienoptik 10" ausgehend vom Symmetriezentrum P0 durch eine Cosinus-Funktion beschrieben werden.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1'': optisches Element
2, 2': Leuchte
1, 10', 10'': Linienoptik
11: Welle
12: Rillenstruktur
21: Leuchtmittel
22: Reflektor
30: Ausleuchtung durch kollimiertes Licht
40: Ausleuchtung durch divergentes Licht
P0: Symmetriezentrum

Claims

Optisches Element (1, 1', 1'') für eine Leuchte (2), wobei das optische Element (1, 1', 1'') als Linienoptik (10, 10', 10") mit einer aus Wellen (11) gebildeten symmetrischen Rillenstruktur (12) ausgebildet ist und sich die Rillenstruktur (12) ausgehend von einem Symmetriezentrum (P0) in zumindest einer Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändert.
Optisches Element (1, 1', 1'') nach Anspruch 1, wobei sich Wellenabstände der Wellen (11) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändern.
Optisches Element (1, 1', 1'') nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich Steigungen der Wellen (11) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändern.
Optisches Element (1, 1', 1'') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich Radien der Wellenberge und Wellentäler von Welle (11) zu Welle (11) der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändern.
Optisches Element (1, 1') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rillenstruktur (12 ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Cosinus-Funktion ausgebildet wird.
Optisches Element (1, 1') nach Anspruch 5, wobei die Wellen (11) ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(x^∧p)) ausgebildet werden, wobei x den Abstand vom Symmetriezentrum (P0), p die Progression und s die Skalierung bezeichnen.
Optisches Element (1, 1') nach Anspruch 6, wobei die Progression 1,6 +/- 10% beträgt.
Optisches Element (1, 1') nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Skalierung 0,50 +/-10% beträgt.
Optisches Element (1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rillenstruktur (12) ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Sinus-Funktion ausgebildet wird.
Optisches Element (1, 1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rillenstruktur linear oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Optisches Element (1, 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linienoptik (10, 10'') zumindest auf ihrer die Rillenstruktur (12) aufweisenden Seite plan ausgebildet ist.
Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur (12) aufweisenden Seite konvex ausgebildet ist.
Optisches Element (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Linienoptik (10'') zumindest auf ihrer die Rillenstruktur (12) aufweisenden Seite konkav ausgebildet ist.
Optisches Element (1, 1', 1'') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Linienoptik (10, 10', 10'') aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat ausgebildet ist.
Leuchte (2, 2') mit zumindest einem optischen Element (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Leuchte (2) ein oder mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, das oder die die Linienoptik (10, 10', 10'') von einer der Rillenstruktur (12) abgewandten Seite aus durchstrahlen können.
Leuchte (2, 2') nach Anspruch 15, wobei zwischen dem einen oder den mehreren Leuchtmitteln (21) und dem zumindest einen optischen Element (1, 1', 1'') ein dem jeweiligen Leuchtmittel (21) zugehöriger Reflektor (22) angeordnet ist.
Leuchte (2) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Leuchte (2) mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, die Bezug auf eine zur Abstrahlungsrichtung senkrechte Ebene in einer Reihe, insbesondere in mehreren Reihen, angeordnet sind.
Leuchte (2') nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Leuchte (2') mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, die in Bezug auf eine sich in Abstrahlungsrichtung erstreckende Achse rotationssymmetrisch angeordnet sind.
Leuchte (2, 2') nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Leuchte (2, 2') mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, die einzeln oder gruppenweise betrieben werden können.
Verwendung eines optischen Elements (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder einer Leuchte (2, 2') nach einem der Ansprüche 15 bis 19 für eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs.