DE102022115250A1 - LENS OPTICS FOR FLEXIBLE POSITIONING OF LIGHT SOURCES - Google Patents
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Abstract
Beleuchtungsvorrichtung (100) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine auf einem Lichtquellenträger (1) angebrachte Lichtquelle (2), eine der Lichtquelle (2) zugeordnete Projektionsoptikvorrichtung (3), welche dazu eingerichtet ist, von der Lichtquelle (2) emittiertes Licht in einen vorgegebenen Bereich oder vorgegebene Bereiche zu lenken, wobei die Projektionsoptikvorrichtung (3) einen ersten Brennpunkt (PF1), den sogenannten inneren Brennpunkt (PF1), welcher auf einer der Lichtquelle (2) zugewandten Seite liegt, sowie einen zweiten Brennpunkt (PF2), den sogenannten äußeren Brennpunkt (PF2), welcher auf einer der Lichtquelle (2) abgewandten Seite der Projektionsvorrichtung (3) liegt, aufweist, wobei die Lichtquelle (2) auf der Seite des inneren Brennpunktes (PF1) der Projektionsoptikvorrichtung (3), in einem Abstand D1 zu dem inneren Brennpunkt (PF1) sowie in einem Abstand D2 zu der Projektionsoptikvorrichtung (3) angeordnet ist, wobei sich die Lichtquelle (2) von der Projektionsoptikvorrichtung (3) in einem größeren Abstand als der innere Brennpunkt (PF1) befindet, und wobei eine Transfer-Optikvorrichtung (4) zwischen der Lichtquelle (2) und dem inneren Brennpunkt (PF1) der Projektionsvorrichtung (3) angeordnet ist, wobei die Transfer-Optikvorrichtung (4) die Lichtquelle (2) derart als Transfer-Bild (2a) abbildet, dass der innere Brennpunkt (PF1) der Projektionsoptikvorrichtung (3) in dem Transfer-Bild (2a) der Lichtquelle (2) liegt.Lighting device (100) for a motor vehicle, comprising a light source (2) mounted on a light source carrier (1), a projection optical device (3) assigned to the light source (2), which is designed to convert light emitted by the light source (2) into a predetermined To steer an area or predetermined areas, the projection optical device (3) having a first focal point (PF1), the so-called inner focal point (PF1), which lies on a side facing the light source (2), and a second focal point (PF2), the so-called external focal point (PF2), which lies on a side of the projection device (3) facing away from the light source (2), the light source (2) being on the side of the internal focal point (PF1) of the projection optical device (3), at a distance D1 to the inner focal point (PF1) and at a distance D2 from the projection optics device (3), the light source (2) being at a greater distance from the projection optics device (3) than the inner focal point (PF1), and wherein a Transfer optics device (4) is arranged between the light source (2) and the inner focal point (PF1) of the projection device (3), the transfer optics device (4) imaging the light source (2) as a transfer image (2a), that the internal focal point (PF1) of the projection optical device (3) lies in the transfer image (2a) of the light source (2).
Description
Die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine auf einem Lichtquellenträger angebrachte Lichtquelle, eine der Lichtquelle zugeordnete Projektionsoptikvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, von der Lichtquelle emittiertes Licht in einen vorgegebenen Bereich oder vorgegebene Bereiche zu lenken, wobei die Projektionsoptikvorrichtung einen ersten Brennpunkt, den sogenannten inneren Brennpunkt, welcher auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite liegt, sowie einen zweiten Brennpunkt, den sogenannten äußeren Brennpunkt, welcher auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite der Projektionsvorrichtung liegt, aufweist.The invention relates to a lighting device for a motor vehicle, comprising a light source mounted on a light source carrier, a projection optics device assigned to the light source, which is set up to direct light emitted by the light source into a predetermined area or predetermined areas, the projection optics device having a first focal point, the so-called inner focal point, which lies on a side facing the light source, and a second focal point, the so-called outer focal point, which lies on a side of the projection device facing away from the light source.
Weiters betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine solche Beleuchtungsvorrichtung.The invention further relates to a lighting system for a motor vehicle, comprising at least one such lighting device.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Kennzeichenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Fahrzeug-Kennzeichen und eine oben genannte Beleuchtungsvorrichtung.The invention also relates to a license plate device for a motor vehicle, comprising a vehicle license plate and an above-mentioned lighting device.
Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen Kennzeichenvorrichtung.Finally, the invention also relates to a motor vehicle with at least one such license plate device.
Üblicherweise ist in einem Projektionssystem einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug die Lichtquelle in einem ersten Brennpunkt einer Projektionsoptikvorrichtung angeordnet, und die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen werden in bzw. in einem Bereich um einen weiteren, auf einer anderen Seite der Projektionsvorrichtung befindlichen zweiten Brennpunkt gebündelt und es wird auf diese Weise eine Lichtverteilung in einem Bereich vor bzw. hinter einem Kraftfahrzeug oder seitlich neben dem Fahrzeug, in welches die Beleuchtungsvorrichtung eingebaut ist, projiziert.Typically, in a projection system of a lighting device for a motor vehicle, the light source is arranged in a first focal point of a projection optical device, and the light rays emanating from the light source are bundled in or in an area around a further second focal point located on another side of the projection device and it In this way, a light distribution is projected in an area in front of or behind a motor vehicle or to the side of the vehicle in which the lighting device is installed.
Häufig ist es allerdings wünschenswert, bei der Entwicklung von Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge keinen solchen Einschränkungen zu unterliegen.However, it is often desirable not to be subject to such restrictions when developing lighting devices for motor vehicles.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für dieses Problem anzugeben.It is an object of the invention to provide a solution to this problem.
Diese Aufgabe wird mit einer eingangs genannten Beleuchtungsvorrichtung dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß die Lichtquelle auf der Seite des inneren Brennpunktes der Projektionsoptikvorrichtung, in einem Abstand D1 zu dem inneren Brennpunkt sowie in einem Abstand D2 zu der Projektionsoptikvorrichtung angeordnet ist, wobei sich die Lichtquelle von der Projektionsoptikvorrichtung in einem größeren Abstand als der innere Brennpunkt befindet, und wobei eine Transfer-Optikvorrichtung zwischen der Lichtquelle und dem inneren Brennpunkt der Projektionsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Transfer-Optikvorrichtung die Lichtquelle derart als Transfer-Bild abbildet, dass der innere Brennpunkt der Projektionsoptikvorrichtung in dem Transfer-Bild der Lichtquelle liegt.This object is achieved with a lighting device mentioned at the outset in that, according to the invention, the light source is arranged on the side of the internal focal point of the projection optical device, at a distance D1 from the internal focal point and at a distance D2 from the projection optical device, the light source being located away from the projection optical device is located at a greater distance than the internal focal point, and wherein a transfer optical device is arranged between the light source and the internal focal point of the projection device, the transfer optical device imaging the light source as a transfer image such that the internal focal point of the projection optical device is in the Transfer image of the light source lies.
Mit der Erfindung wird es möglich, die Lichtquelle außerhalb des inneren Brennpunktes der Projektionsoptikvorrichtung zu positionieren, insbesondere in einem größeren Abstand als jener des inneren Brennpunktes zu der Projektionsoptikvorrichtung, und die Lichtquelle trotzdem scharf bzw. so scharf wie gewünscht über die Projektionsoptikvorrichtung abzubilden, wie wenn sie sich im inneren Brennpunkt der Projektionsoptikvorrichtung befinden würde.With the invention it becomes possible to position the light source outside the inner focal point of the projection optics device, in particular at a greater distance than that of the inner focal point to the projection optics device, and still image the light source sharply or as sharply as desired via the projection optics device, as if it would be in the inner focal point of the projection optics device.
Die Lichtquelle ist dabei in einem Brennpunkt der Transfer-Optikvorrichtung positioniert und ein Bild der Lichtquelle wird in den zweiten Brennpunkt der Transfer-Optikvorrichtung abgebildet. Es kann somit ein Bild der Lichtquelle im inneren Brennpunkt der Projektionsoptikvorrichtung erzeugt werden, welches Bild dann von der Projektionsoptikvorrichtung - als ob sich die Lichtquelle im inneren Brennpunkt befinden würde - abgebildet wird.The light source is positioned in a focal point of the transfer optics device and an image of the light source is imaged in the second focal point of the transfer optics device. An image of the light source in the inner focal point of the projection optical device can thus be generated, which image is then imaged by the projection optical device - as if the light source were located in the inner focal point.
Beispielsweise wird die Lichtquelle und somit die Lage der Lichtquelle durch das Zentrum der Lichtemission der Lichtquelle definiert, sodass die Formulierung, dass „die Lichtquelle sich (im Wesentlichen) in einem Brennpunkt befindet“, gleichbedeutend sein kann mit „dass das Zentrum der Lichtemission der Lichtquelle sich in einem Brennpunkt befindet“.For example, the light source and thus the location of the light source is defined by the center of light emission of the light source, so the formulation that “the light source is (essentially) at a focal point” can be equivalent to “that the center of light emission of the light source is in a focal point”.
Die genannten Abstände sind dabei gemessen entlang einer optischen Achse oder einer Hauptabstrahlachse der Lichtquelle, auf welcher Achse auch der innere Brennpunkt liegt, zu dem Durchstoßpunkt dieser Achse mit der Projektionsoptikvorrichtung.The distances mentioned are measured along an optical axis or a main emission axis of the light source, on which axis the internal focal point also lies, to the point of penetration of this axis with the projection optical device.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Transfer-Optikvorrichtung zwei Kollimator-Optiken sowie einen zwischen den beiden Kollimator-Optiken angeordneten Zylinderkörper, welcher zumindest einen zylinderförmigen Körper umfasst, wobei der Zylinderkörper zwei Grundflächen, eine erste und eine zweite Grundfläche und zumindest eine die beiden Grundflächen verbindende Mantelfläche umfasst, wobei eine Kollimator-Optik jeweils einen transparenten Kollimator-Körper umfasst, der einen ersten Endabschnitt, einen sogenannten Licht-Sammelabschnitt, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, wobei der Licht-Sammelabschnitt einen außerhalb des Kollimator-Körpers liegenden Kollimator-Brennpunkt aufweist, und wobei der Kollimator-Körper derart ausgebildet ist, dass, wenn von einer in dem Kollimator-Brennpunkt angeordneten Lichtquelle ausgehende Lichtstrahlen auf den Licht-Sammelabschnitt auftreffen, diese Lichtstrahlen in den Kollimator-Körper eintreten, in dem Kollimator-Körper parallel gerichtet werden und sich zu dem zweiten Endabschnitt fortpflanzen, wobei der zweite Endabschnitt eine ebene Fläche, die Endabschnittsfläche umfasst, die derart orientiert ist, dass die parallelen Lichtstrahlen senkrecht auf die Endabschnittsfläche auftreffen, wobei eine der beiden Kollimator-Optiken, die erste Kollimator-Optik, derart angeordnet ist, dass die Lichtquelle im Wesentlichen im Kollimator-Brennpunkt des Licht-Sammelabschnittes des ersten Kollimator-Körpers liegt, und wobei anschließend an die zweite Endabschnittsfläche der ersten Kollimator-Optik der Zylinderkörper angeordnet ist, wobei die erste Grundfläche des Zylinderkörpers der Endabschnittsfläche des ersten Kollimator-Körpers gegenüberliegt und zu dieser parallel verläuft, und wobei anschließend an den zumindest einen Zylinderkörper die zweite Kollimator-Optik derart angeordnet ist, dass die zweite Grundfläche des Zylinderkörpers der Endabschnittsfläche des zweiten Kollimator-Körpers gegenüberliegt und zu dieser parallel verläuft und der innere Brennpunkt der Projektionsoptikvorrichtung und der Kollimator-Brennpunkt des Licht-Sammelabschnittes des zweiten Kollimator-Körpers im Wesentlichen zusammenfallen.For example, it is provided that the transfer optics device has two collimator optics and a cylinder body arranged between the two collimator optics, which comprises at least one cylindrical body, the cylinder body having two base surfaces, a first and a second base surface and at least one connecting the two base surfaces Comprises lateral surface, wherein a collimator optics each comprises a transparent collimator body which has a first end section, a so-called light collecting section, and a second end section, the light collecting section having a collimator focal point lying outside the collimator body, and where the collima gate body is designed in such a way that when light rays emanating from a light source arranged in the collimator focal point impinge on the light collecting section, these light rays enter the collimator body, are directed parallel in the collimator body and become the second End section propagate, wherein the second end section comprises a flat surface, the end section surface, which is oriented such that the parallel light rays impinge perpendicularly on the end section surface, one of the two collimator optics, the first collimator optics, being arranged such that the Light source lies essentially in the collimator focal point of the light collecting section of the first collimator body, and wherein the cylinder body is arranged next to the second end section surface of the first collimator optics, the first base surface of the cylinder body being opposite the end section surface of the first collimator body and runs parallel to this, and wherein the second collimator optics are arranged next to the at least one cylinder body in such a way that the second base surface of the cylinder body is opposite the end section surface of the second collimator body and runs parallel to it and the inner focal point of the projection optics device and the collimator -Focal point of the light collecting section of the second collimator body essentially coincide.
Von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen, die sich in einem ersten Kollimator-Brennpunkt der Transfer-Optikvorrichtung befinden, werden in den zweiten Kollimator-Brennfunkt bzw. um den zweiten Kollimator-Brennpunkt gebündelt, derart dass ein Bild der Lichtquelle entsteht, wobei der zweite Kollimator-Brennpunkt in diesem Bild der Lichtquelle liegt. Nachdem der zweite Kollimator-Brennpunkt und der innere Brennpunkt der Projektionsvorrichtung zusammenfallen, kann die Projektionsvorrichtung das Bild der Lichtquelle abbilden, als ob die Lichtquelle sich tatsächlich im Brennpunkt der Projektionsvorrichtung befinden würde.Light rays emitted by the light source, which are located in a first collimator focal point of the transfer optics device, are focused into the second collimator focal point or around the second collimator focal point, such that an image of the light source is created, the second collimator The focal point in this image is the light source. After the second collimator focal point and the internal focal point of the projection device coincide, the projection device can image the image of the light source as if the light source were actually at the focal point of the projection device.
Es ist beispielsweise vorgesehen, dass der Zylinderkörper genau einen zylinderförmigen Körper umfasst, wobei der zylinderförmige Körper in Form eines geraden Zylinders ausgebildet ist und die beiden Grundflächen zueinander parallel verlaufen.It is provided, for example, that the cylinder body comprises exactly one cylindrical body, the cylindrical body being designed in the form of a straight cylinder and the two base surfaces running parallel to one another.
Hierbei handelt es sich um eine konstruktiv einfach und einfach zu berechnende technische Lösung.This is a technical solution that is structurally simple and easy to calculate.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zylinderkörper zwei zylinderförmige Körper umfasst, wobei die zylinderförmigen Körper, d.h. die Zylinderachsen der beiden zylinderförmigen Körper unter einem Winkel β ungleich 0°, insbesondere größer 90°, zueinander geneigt sind.In another embodiment it is provided that the cylinder body comprises two cylindrical bodies, the cylindrical bodies, i.e. the cylinder axes of the two cylindrical bodies, being inclined to one another at an angle β unequal to 0°, in particular greater than 90°.
Diese aufwändigere Lösung erlaubt eine flexiblere Positionierung der Lichtquelle, insbesondere muss diese nicht in gerader Linie ihrer Projektionsoptikvorrichtung gegenüber liegen.This more complex solution allows a more flexible positioning of the light source; in particular, it does not have to lie in a straight line opposite its projection optical device.
Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Winkel β zwischen den Zylinderachsen größer als das Doppelte des Grenzwinkels für Totalreflexion ist.In this embodiment it is preferably provided that the angle β between the cylinder axes is greater than twice the critical angle for total reflection.
Der Grenzwinkel für Totalreflexion ergibt sich durch den Brechungsindex des transparenten Materials.The critical angle for total reflection is determined by the refractive index of the transparent material.
Somit kann sichergestellt werden, dass im Übergangsbereich der beiden zylinderförmigen Körper die Bedingungen für Totalreflexion erfüllt sind, sodass möglichst wenig bis kein Lichtverlust durch aus dem Zylinderkörper austretende Lichtstrahlen auftritt.This makes it possible to ensure that the conditions for total reflection are met in the transition area between the two cylindrical bodies, so that as little to no light loss as possible occurs due to light rays emerging from the cylindrical body.
Beispielsweise gilt β > 2 arcsin(1/n), wobei n der Brechungsindex des Materials des Zylinderkörpers ist. Bei PMMA gilt n = 1,49, β ≥ 85°, bei PC n=1,585, β ≥ 80°.For example, β > 2 arcsin(1/n), where n is the refractive index of the material of the cylinder body. For PMMA, n = 1.49, β ≥ 85°, for PC n = 1.585, β ≥ 80°.
Beispielsweise bilden die beiden zylinderförmigen Körper 40a, 40b in ihrem Übergangsbereich eine plane Totalreflexionsfläche, welche die Form einer Ellipse aufweist, deren Mittelpunkt im Schnittpunkt der beiden zueinander geneigten Zylinderachsen liegt. For example, the two
Die Nebenachsenlänge b dieser Ellipse entspricht dabei eine Zylinderradius r, während die Länge der Hauptachse a sich ergibt zu a = r /(cos(β/2)). Die Zylinderradien r der beiden zylinderförmigen Körper 40a, 40b (d.h. im Zuleitungsbereich und im Bildbereich) sind ident.The minor axis length b of this ellipse corresponds to a cylinder radius r, while the length of the major axis a results in a = r /(cos(β/2)). The cylinder radii r of the two
Vorteilhaft ist es, wenn die Endabschnittsfläche der ersten Kollimator-Optik und die erste Grundfläche des Zylinderkörpers aneinander angrenzen, insbesondere vollflächig aneinander anliegen, und vorzugsweise der erste Kollimator-Körper und der Zylinderkörper einstückig ausgebildet sind.It is advantageous if the end section surface of the first collimator optics and the first base surface of the cylinder body adjoin one another, in particular rest against one another over the entire surface, and preferably the first collimator body and the cylinder body are formed in one piece.
Prinzipiell kann der Abstand zwischen den begrenzenden Kollimator-Optik- und Zylinderkörper-Flächen > 0 sein, vorzugsweise liegen aber die erste Kollimator-Optik und der Zylinderkörper aneinander an und sind besonders bevorzugt einstückig aus demselben Material (oder Material mit identischem Brechungsindex) ausgebildet, da dann keine unerwünschte Ablenkung bei einem Austritt und/oder Eintritt von Lichtstrahlen an einer Grenzfläche erfolgen kann.In principle, the distance between the delimiting collimator optics and cylinder body surfaces can be > 0, but preferably the first collimator optics and the cylinder body lie against each other and are particularly preferably formed in one piece from the same material (or material with an identical refractive index), since then no undesirable deflection can occur when light rays exit and/or enter an interface.
Es kann aber auch möglich sein, dass die erste Kollimator-Optik und der Zylinderkörper aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex gefertigt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise die Parallelität-Toleranz der Ebenen der Endabschnittsfläche der ersten Kollimator-Optik und der Grundfläche des Zylinderkörpers besser als 0,0125mm. Die zweite Kollimator-Optik ist aus demselben Material wie die erste Kollimator-Optik ausgebildet; die zugehörenden Ebenen erfüllen vorzugsweise gleiche ToleranzenHowever, it may also be possible for the first collimator optics and the cylinder body to be made from materials with different refractive indexes. In this exemplary embodiment, for example, the parallelism tolerance of the planes of the end section surface of the first collimator optics and the base surface of the cylinder body is better than 0.0125mm. The second collimator optics is made of the same material as the first collimator optics; the associated levels preferably meet the same tolerances
Analog ist es von Vorteil, wenn die Endabschnittsfläche der zweiten Kollimator-Optik und die zweite Grundfläche des Zylinderkörpers aneinander angrenzen, insbesondere vollflächig aneinander anliegen, und vorzugsweise der zweite Kollimator-Körper und der Zylinderkörper einstückig ausgebildet sind.Analogously, it is advantageous if the end section surface of the second collimator optics and the second base surface of the cylinder body adjoin one another, in particular rest against one another over the entire surface, and preferably the second collimator body and the cylinder body are formed in one piece.
Wie bereits erwähnt, kann es grundsätzlich zweckmäßig sein, wenn die transparenten Kollimator-Körper und der Zylinderkörper aus demselben Material gebildet sind.As already mentioned, it can in principle be useful if the transparent collimator body and the cylinder body are made of the same material.
Bei einer vorstehend bereits beschriebenen einstückigen Ausführung der Transfer-Optik aus einem Material sind die Grundflächen des Zylinderkörpers bzw. die Endabschnittsflächen der Kollimator-Körper lediglich virtuelle, also rein gedankliche Flächen, und keine tatsächlichen, materiell ausgebildeten Flächen.In a one-piece design of the transfer optics made of one material, which has already been described above, the base surfaces of the cylinder body or the end section surfaces of the collimator body are only virtual, i.e. purely mental surfaces, and not actual, materially formed surfaces.
Es kann vorgesehen sein, dass jeder Kollimator-Körper eine optische Achse aufweist, wobei die optische Achse des Kollimator-Körpers senkrecht auf seine Endabschnittsfläche steht, und vorzugsweise durch den Kollimator-Brennpunkt des Kollimator-Körpers verläuft.It can be provided that each collimator body has an optical axis, the optical axis of the collimator body being perpendicular to its end section surface, and preferably running through the collimator focal point of the collimator body.
Eine optische Achse fällt mit der zentralen Hauptabstrahlrichtung der Lichtquellen, etwa der LED-Lichtquelle, zusammen. Beispielsweise ist dies bei einem ebenen Lichtquelle-Träger dadurch realisiert, dass eine Flächennormale auf den Lichtquelle-Träger parallel zu der Achse verläuft. Die optische Achse fällt dann vorzugsweise mit der Optischen Achse der Projektionsoptik zusammen, wenn der Zylinderkörper genau einen zylinderförmigen, insbesondere geraden Körper umfasst. In diesem Fall fällt auch vorzugsweise die optische Achse des zweiten Kollimator-Körpers mit jener des ersten Kollimator-Körpers zusammen.An optical axis coincides with the central main radiation direction of the light sources, such as the LED light source. For example, in the case of a flat light source carrier, this is achieved in that a surface normal to the light source carrier runs parallel to the axis. The optical axis then preferably coincides with the optical axis of the projection optics when the cylinder body comprises exactly one cylindrical, in particular straight, body. In this case, the optical axis of the second collimator body also preferably coincides with that of the first collimator body.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle verkippt in Bezug auf die optische Achse ist, sodass die Hauptabstrahlrichtung unter einem Winkel ungleich 0° zu der optischen Achse verläuft. In diesem Fall wird auch das Bild der Lichtquelle verkippt abgebildet. Diese Ausführungsform ist insbesondere sinnvoll bei kleinen (z.B. < 10°) Verkippungswinkeln.However, it can also be provided that the main emission direction of the light source is tilted with respect to the optical axis, so that the main emission direction runs at an angle not equal to 0° to the optical axis. In this case, the image of the light source is also tilted. This embodiment is particularly useful for small (e.g. <10°) tilt angles.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass zumindest ein, vorzugsweise jeder Kollimator-Körper rotationssymmetrisch um seine optische Achse ausgebildet ist.It is advantageously provided that at least one, preferably each collimator body is designed to be rotationally symmetrical about its optical axis.
Der Zylinderkörper weist eine „optische“ Achse bzw. Höhe auf, wenn der Zylinderkörper genau einen zylinderförmigen Körper umfasst, und vorzugsweise fallen die Achsen der Kollimator-Körper mit dieser Achse zusammen.The cylinder body has an “optical” axis or height if the cylinder body comprises exactly one cylindrical body, and preferably the axes of the collimator bodies coincide with this axis.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Endabschnittsfläche zumindest eines, vorzugsweise jedes Kollimator-Körpers, deckungsgleich zu der ihr zugewandten Grundfläche des Zylinderkörpers ist.It is preferably provided that the end section surface of at least one, preferably each, collimator body is congruent with the base surface of the cylinder body facing it.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden Kollimator-Körper identisch ausgebildet sind.It is particularly preferred if the two collimator bodies are designed identically.
In diesem Zusammenhang ist weiters vorzugsweise noch vorgesehen, dass die beiden Kollimator-Körper derart angeordnet sind, dass sie spiegelbildlich zueinander in Bezug auf eine Spiegelebene angeordnet sind oder wären, wenn die Spiegelebene eine Orthogonalebene zu der optischen Achse eines der beiden Kollimator-Körpern ist, und die optische Achse des anderen Kollimator-Körpers mit der optischen Achse des anderen Kollimator-Körpers zusammenfällt oder wenn sie zusammenfallen würden.In this context, it is further preferably provided that the two collimator bodies are arranged in such a way that they are or would be arranged in mirror images of one another with respect to a mirror plane if the mirror plane is an orthogonal plane to the optical axis of one of the two collimator bodies, and the optical axis of the other collimator body coincides with the optical axis of the other collimator body or if they would coincide.
Auf diese Weise entspricht das Bild der Lichtquelle 1:1 der Lichtquelle.In this way, the image of the light source corresponds 1:1 to the light source.
Wie eingangs erwähnt betrifft die Erfindung weiters ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine Beleuchtungsvorrichtung, wobei das Beleuchtungssystem weiters eine Beleuchtungseinheit umfasst, welche zur Erzeugung einer oder mehrerer Lichtverteilungen eingerichtet ist, wobei die Beleuchtungseinheit zumindest eine Beleuchtungseinheit-Lichtquelle sowie eine Beleuchtungseinheit-Optik umfasst, wobei die Beleuchtungseinheit im Wesentlichen zwischen dem Lichtquellenträger und einer Abdeckscheibe des Beleuchtungssystems angeordnet ist, wobei die zumindest Beleuchtungseinheit-Lichtquelle auf dem Lichtquellenträger angeordnet ist, und wobei die Beleuchtungseinheit ausgehend von dem Lichtquellenträger in Richtung der Abdeckscheibe eine Ausdehnung aufweist, die so groß ist, dass die zumindest eine Lichtquelle nicht im Brennpunkt ihrer Projektionsvorrichtung, sondern in einem größeren Abstand als der Abstand des inneren Brennpunktes der Projektionsvorrichtung zu der Projektionsvorrichtung angeordnet ist.As mentioned at the beginning, the invention further relates to a lighting system for a motor vehicle, comprising at least one lighting device, the lighting system further comprising a lighting unit which is set up to generate one or more light distributions, the lighting unit comprising at least one lighting unit light source and a lighting unit optics , wherein the lighting unit is arranged essentially between the light source carrier and a cover disk of the lighting system, wherein the at least lighting unit light source is arranged on the light source carrier, and wherein the lighting unit, starting from the light source carrier in the direction of the cover disk, has an extension which is so large, that the at least one light source is not arranged in the focal point of its projection device, but at a greater distance than the distance of the inner focal point of the projection device to the projection device.
Der beispielsweise ebene Lichtquellenträger trägt dabei vorzugsweise sowohl die zumindest eine Beleuchtungseinheit-Lichtquellen als auch die Lichtquelle(n) der Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere sind alle Lichtquelle auf einer Seite des Lichtquellenträgers angeordnet.The flat light source carrier, for example, preferably carries both the at least one lighting unit light source and the light source(s) of the lighting device; in particular, all light sources are arranged on one side of the light source carrier.
Beispielsweise ist der Einsatz einer solchen Beleuchtungsvorrichtung in einer Heckleuchte vorgesehen.For example, the use of such a lighting device is intended in a rear light.
Es kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Projektionsoptikvorrichtung in einer Abdeckscheibe des Beleuchtungssystems angeordnet, beispielsweise mit der Abdeckscheibe einstückig gefertigt, ist.It can be provided that the at least one projection optical device is arranged in a cover plate of the lighting system, for example made in one piece with the cover plate.
Generell kann es sich bei einer Projektionsoptikvorrichtung um eine Projektionslinse handeln. Beispielsweise wird die Linsenwirkung der Projektionsoptikvorrichtung durch die Ausgestaltung der Abdeckscheibe erreicht, etwa durch eine entsprechende, bereichsweise Krümmung(en), z.B. der Innenseite und/oder der Außenseite der Abdeckscheibe.In general, a projection optics device can be a projection lens. For example, the lens effect of the projection optics device is achieved by the design of the cover disk, for example through a corresponding, regional curvature(s), for example the inside and/or the outside of the cover disk.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinheit eine Bodenprojektionseinrichtung ist und die eine oder mehreren Lichtverteilungen eine oder mehrere Bodenprojektionen umfasst.For example, it can be provided that the lighting unit is a floor projection device and the one or more light distributions include one or more floor projections.
Weiters betrifft die Erfindung eine Kennzeichenbeleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Fahrzeug-Kennzeichen und eine oben beschriebene Beleuchtungsvorrichtung, wobei die Beleuchtungsvorrichtung derart in Bezug aus der Kennzeichen angeordnet ist, dass ein oder mehrere Bereiche, in welche von der Projektionsvorrichtung der zumindest einen Lichtquelle emittiertes Licht abgestrahlt werden, auf dem Kennzeichen liegen, sodass das Kennzeichen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig von Licht der zumindest einen Lichtquelle beleuchtet wird, wenn die zumindest eine Lichtquelle eingeschaltet ist.The invention further relates to a license plate lighting device for a motor vehicle, comprising a vehicle license plate and a lighting device described above, wherein the lighting device is arranged in relation to the license plate in such a way that one or more areas into which light emitted by the projection device of the at least one light source are emitted, lie on the license plate, so that the license plate is at least partially, preferably completely illuminated by light from the at least one light source when the at least one light source is switched on.
Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
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1 eine Kennzeichenvorrichtung in einer Ansicht von Oben, -
2 die Kennzeichenvorrichtung aus1 in einer perspektivischen Schnittansicht, -
3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Transfer-Optikvorrichtung, -
4 eine weitere Ausführungsform einer Transfer-Optikvorrichtung, -
5 eine weitere Ausführungsform einer Transfer-Optikvorrichtung für kleine Verkippungswinkel, -
6 schematische Bodenprojektionen erzeugt mit einer Kennzeichenvorrichtung aus1 bzw.2 .
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1 a license plate device in a view from above, -
2 thelicense plate device 1 in a perspective sectional view, -
3 an embodiment of a lighting device according to the invention with a transfer optics device, -
4 another embodiment of a transfer optics device, -
5 a further embodiment of a transfer optics device for small tilt angles, -
6 schematic floor projections generated with alicense plate device 1 or.2 .
In weiterer Folge wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung an Hand einer Kennzeichenvorrichtung 200 näher erörtert. Es ist dies aber lediglich eine besonders bevorzugte Anwendung, grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung auch in anderen Fahrzeugleuchten, etwa in Heckleuchten oder auch in Fahrzeugscheinwerfern zum Einsatz kommen.Below, an example of a lighting device according to the invention will be discussed in more detail using a
Konkret umfasst die Kennzeichenvorrichtung 200 ein Beleuchtungssystem 400, welches im vorliegenden Beispiel die beiden Beleuchtungsvorrichtungen 100 aufweist. Weiters umfasst das Beleuchtungssystem 400 eine Beleuchtungseinheit 10, welche zur Erzeugung von einer oder mehreren Lichtverteilungen LV eingerichtet ist, wobei die Beleuchtungseinheit 10 zumindest eine Beleuchtungseinheit-Lichtquelle 11 sowie eine Beleuchtungseinheit-Optik 12a, 12b, 12c umfasst, wobei die Beleuchtungseinheit 10 im Wesentlichen zwischen dem Lichtquellenträger 2 und einer Abdeckscheibe 5 des Beleuchtungssystems 400 angeordnet ist.Specifically, the
Im konkreten Beispiel sind drei Beleuchtungseinheiten 10 vorgesehen, mit jeweils einer Lichtquelle 11 (beispielsweise einer LED bzw. ein oder mehrere LEDs umfassend) und einer Beleuchtungseinheit-Optik 12, welche wiederum jeweils einen Beleuchtungseinheit-Kollimator 12a, einen MLA 12b („Micro Lens Array“) und einen Umlenkspiegel 12c umfasst.In the specific example, three
Die Umlenkspiegel 12c wirken dabei mit ihrem MLA 12b jeweils derart zusammen, dass beispielsweise die erzeugte Lichtverteilung bzw. die erzeugten Lichtverteilungen LV Bodenprojektionen BP sind, also auf einen Boden, insbesondere eine Fahrbahn abgebildete Lichtverteilungen bzw. Lichtmuster, wie dies in
Die Beleuchtungseinheit-Lichtquellen 11 sind auf einem, vorzugsweise ebenen, Lichtquellenträger 1 angeordnet ist.The lighting unit
Wie oben bereits erwähnt, umfasst das Beleuchtungssystem 400 bzw. die Kennzeichenvorrichtung 200 zwei Beleuchtungsvorrichtungen 100, mit welchen das Kennzeichen 300 beleuchtet wird. Der vorzugsweise ebene Lichtquellenträger 1 trägt sowohl die Lichtquellen 11 als auch die Lichtquellen 1.As already mentioned above, the
Eine solche Beleuchtungsvorrichtung 100 für ein Kraftfahrzeug, die im Detail in
Die Projektionsoptikvorrichtungen 3 der Beleuchtungsvorrichtungen 100 sind in dem gezeigten Beispiel in einer Abdeckscheibe 5 des Beleuchtungssystems 400 angeordnet, beispielsweise mit der Abdeckscheibe 5 einstückig gefertigt bzw. in der Abdeckscheibe 5 ausgebildet.In the example shown, the projection
Generell kann es sich bei einer Projektionsoptikvorrichtung um eine Projektionslinse handeln. Beispielsweise wird die Linsenwirkung der Projektionsoptikvorrichtung durch die Ausgestaltung der Abdeckscheibe erreicht, etwa durch eine entsprechende, bereichsweise Krümmung(en), z.B. der Innenseite und/oder der Außenseite der Abdeckscheibe, um vorzugsweise eine möglichst homogene Flächenausleuchtung des Kennzeichens 300 zu erreichen.In general, a projection optics device can be a projection lens. For example, the lens effect of the projection optics device is achieved by the design of the cover plate, for example through a corresponding, regional curvature (s), e.g. the inside and / or the outside of the cover plate, in order to preferably achieve the most homogeneous possible surface illumination of the
Die Projektionsoptikvorrichtung 3 weist einen ersten Brennpunkt PF1, den sogenannten inneren Brennpunkt, welcher auf einer der zumindest einen Lichtquelle 2 zugewandten Seite liegt, sowie einen zweiten Brennpunkt PF2, den sogenannten äußeren Brennpunkt, welcher auf einer der zumindest einen Lichtquelle 2 abgewandten Seite der Projektionsvorrichtung 3 liegt, auf.The projection
Üblicherweise würde die Lichtquelle 2 im inneren Brennpunkt PF1 der Projektionsvorrichtung 3 angeordnet sein. Es ist nun wünschenswert ist, alle Lichtquellen 11, 2 auf einem gemeinsamen Träger 1 anzuordnen, wodurch aber das Problem entsteht, dass durch die Ausdehnung der einzelnen Beleuchtungseinheiten 10 die Lichtquellen 2 der Beleuchtungsvorrichtung 100 nicht mehr im inneren Brennpunkt PF1 angeordnet werden können, sondern sich in einer größeren Entfernung zu der Projektionsvorrichtung 3 befinden.Typically, the
Nachdem somit die Lichtquelle 2 auf der Seite des inneren Brennpunktes PF1 der Projektionsoptikvorrichtung 3, in einem Abstand D1 zu dem inneren Brennpunkt PF1 sowie in einem Abstand D2 zu der Projektionsoptikvorrichtung 3 angeordnet ist, wobei sich die Lichtquelle 2 von der Projektionsoptikvorrichtung 3 in einem größeren Abstand als der innere Brennpunkt PF1 befindet (D2 > (D2 - D1)), ist eine Transfer-Optikvorrichtung 4 zwischen der Lichtquelle 2 und dem inneren Brennpunkt PF1 der Projektionsvorrichtung 3 angeordnet, wobei die Transfer-Optikvorrichtung 4 die Lichtquelle 2 derart als Transfer-Bild 2a abbildet, dass der innere Brennpunkt PF1 der Projektionsoptikvorrichtung 3 in dem Transfer-Bild 2a der Lichtquelle 2 liegt.After the
Die genannten Abstände sind dabei gemessen entlang einer optischen Achse oder einer Hauptabstrahlachse der Lichtquelle, auf welcher Achse auch der innere Brennpunkt liegt, zu dem Durchstoßpunkt dieser Achse mit der Projektionsoptikvorrichtung.The distances mentioned are measured along an optical axis or a main emission axis of the light source, on which axis the internal focal point also lies, to the point of penetration of this axis with the projection optical device.
Bei der konkreten Ausführungsform gemäß
Der zylinderförmige Körper 40a ist somit in Form eines geraden Zylinders ausgebildet, die beiden Grundflächen 41, 42 verlaufen zueinander parallel.The
Eine Kollimator-Optik 50, 60 umfasst jeweils einen transparenten Kollimator-Körper 510, 610, der einen ersten Endabschnitt, einen sogenannten Licht-Sammelabschnitt 511, 611, und einen zweiten Endabschnitt 512, 612 aufweist, wobei der Licht-Sammelabschnitt 511, 611 einen außerhalb des Kollimator-Körpers 510, 610 liegenden Kollimator-Brennpunkt F1, F2 aufweist, und wobei der Kollimator-Körper 510, 610 derart ausgebildet ist, dass, wenn von einer in dem Kollimator-Brennpunkt F1, F2 angeordneten Lichtquelle ausgehende Lichtstrahlen auf den Licht-Sammelabschnitt 511, 611 auftreffen, diese Lichtstrahlen in den Kollimator-Körper 510, 610 eintreten, in dem Kollimator-Körper 510, 610 parallel gerichtet werden und sich zu dem zweiten Endabschnitt 512, 612 als Parallelstrahlbündel PS fortpflanzen, wobei der zweite Endabschnitt 512, 612 eine ebene Fläche, die Endabschnittsfläche 512a, 612a umfasst, die derart orientiert ist, dass die parallelen Lichtstrahlen senkrecht auf die Endabschnittsfläche 512a, 612a auftreffen.A
Eine der beiden Kollimator-Optiken, die erste Kollimator-Optik 50, ist derart angeordnet, dass der Kollimator-Brennpunkt F1 ihres Kollimator-Körpers 510 in der Lichtquelle 2 liegt.One of the two collimator optics, the
Anschließend an die Endabschnittsfläche 512a der ersten Kollimator-Optik 50 ist der Zylinderkörper 40 angeordnet ist, wobei die erste Grundfläche 41 des Zylinderkörpers 40 der Endabschnittsfläche 512a des ersten Kollimator-Körpers 51 gegenüberliegt und zu dieser parallel verläuft, und wobei anschließend an den Zylinderkörper 40 die zweite Kollimator-Optik 60 derart angeordnet ist, dass die zweite Grundfläche 42 des Zylinderkörpers 40 der Endabschnittsfläche 612a des zweiten Kollimator-Körpers 61 gegenüberliegt und zu dieser parallel verläuft und der innere Brennpunkt PF1 der Projektionsoptikvorrichtung 3 und der Kollimator-Brennpunkt F2 des Licht-Sammelabschnittes 611 des zweiten Kollimator-Körpers 610 im Wesentlichen zusammenfallen.The
„Im Wesentlichen zusammenfallen“ bedeutet dabei generell, nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt, dass die beiden Brennpunkte entweder tatsächlich zusammenfallen oder maximal so weit voneinander entfernt sind, dass beide in dem von der Lichtquelle 2 erzeugten Bild 2a liegen.“Essentially coincide” generally means, not limited to the present example, that the two focal points either actually coincide or are at most so far apart from each other that both lie in the
Von der Lichtquelle 2 emittierte Lichtstrahlen, die sich in einem ersten Kollimator-Brennpunkt F1 der Transfer-Optikvorrichtung 4 befinden, werden in den zweiten Kollimator-Brennfunkt F2 bzw. um den zweiten Kollimator-Brennpunkt gebündelt, derart dass ein Bild 2a der Lichtquelle 2 entsteht, wobei der zweite Kollimator-Brennpunkt F2 innerhalb dieses Bildes 2a der Lichtquelle 2 liegt. Nachdem der zweite Kollimator-Brennpunkt F2 und der innere Brennpunkt PF1 der Projektionsvorrichtung 3 im Wesentlichen zusammenfallen, kann die Projektionsvorrichtung 3 das Bild 2a der Lichtquelle 2 abbilden, als ob die Lichtquelle 2 sich tatsächlich im inneren Brennpunkt PF1 der Projektionsvorrichtung 3 befinden würde.Light rays emitted by the
Wie in dem Beispiel gemäß
Analog gilt mit Vorteil, dass die Endabschnittsfläche 612a der zweiten Kollimator-Optik 60 und die zweite Grundfläche 42 des Zylinderkörpers 40 aneinander angrenzen, insbesondere vollflächig aneinander anliegen, und vorzugsweise der zweite Kollimator-Körper 610 und der Zylinderkörper 40 einstückig ausgebildet sind und aus demselben Material bestehen.Analogously, it is advantageous that the
Die Endabschnittsflächen 512a, 612a der Kollimator-Körper 510, 610 sind dabei deckungsgleich zu der ihr zugewandten Grundfläche 41, 42 des Zylinderkörpers 40.The end section surfaces 512a, 612a of the
Die beiden Kollimatoren 50, 60 und der zylinderförmige Körper 40a sind somit ein Bauteil aus einem Material, insbesondere einem transparenten Material. Bei der beschriebenen und gezeigten einstückigen Ausführung der Transfer-Optik aus einem Material sind die Grundflächen des Zylinderkörpers bzw. die Endabschnittsflächen der Kollimator-Körper lediglich virtuelle, also rein gedankliche Flächen, und keine tatsächlichen, materiell ausgebildeten FlächenThe two
Jeder Kollimator-Körper 510, 610 weist eine optische Achse O1, O2 auf, wobei die optische Achse O1, O2 des Kollimator-Körpers 510, 610 senkrecht auf seine Endabschnittsfläche 512a, 612a steht und vorzugsweise durch den Kollimator-Brennpunkt F1, F2 des Kollimator-Körpers 510, 610 verläuft.Each
Typischer Weise fällt die optische Achse O1 mit der zentralen Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle 2 zusammen. Die optische Achse O2 fällt vorzugsweise mit der optischen Achse OP der Projektionsoptikvorrichtung 3 zusammen.Typically, the optical axis O1 coincides with the central main radiation direction of the
Der Zylinderkörper 40a weist eine „optische“ Achse O3 bzw. Höhe auf, die Ausbreitungsrichtung des Parallelstrahlbündel PS entspricht der Richtung der Achse O3. Im vorliegenden Fall fallen vorzugsweise die Achsen O1, O2 der Kollimator-Körper mit dieser Achse O3 zusammen.The
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Kollimator-Körper 510, 610 rotationssymmetrisch ihre jeweilige optische Achse O1, O2 ausgebildet sind, und von besonderem Vorteil ist es, wenn die beiden Kollimator-Körper 510, 610 identisch ausgebildet sind.It is advantageously provided that the
Generell ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Kollimator-Körper 510, 610 derart angeordnet sind, dass sie spiegelbildlich zueinander in Bezug auf eine Spiegelebene angeordnet sind oder wären, wenn die Spiegelebene eine Orthogonalebene zu der optischen Achse O1 eines der beiden Kollimator-Körpern 510 ist, und die optische Achse O2 des anderen Kollimator-Körpers 610 mit der optischen Achse O1 des anderen Kollimator-Körpers 510 zusammenfällt oder wenn sie zusammenfallen würden.In general, it is preferably provided that the two
Auf diese Weise entspricht das Bild 2a der Lichtquelle 1:1 der Lichtquelle 2 bzw. der Form der Lichtquelle.In this way, the
Die Achsen O1, O3a fallen vorzugsweise zusammen, ebenso die Achsen O2, O3b und OP (optische Achse der Projektionsoptikvorrichtung).The axes O1, O3a preferably coincide, as do the axes O2, O3b and OP (optical axis of the projection optical device).
Diese aufwändigere Lösung erlaubt eine flexiblere Positionierung der Lichtquelle, insbesondere muss diese nicht in gerader Linie ihrer Projektionsoptikvorrichtung gegenüber angeordnet sein.This more complex solution allows a more flexible positioning of the light source; in particular, it does not have to be arranged in a straight line opposite its projection optical device.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Winkel β zwischen den Zylinderachsen O3a, O3b größer als das Doppelte des Grenzwinkels für Totalreflexion ist. Somit kann sichergestellt werden, dass im Übergangsbereich der beiden zylinderförmigen Körper die Bedingungen für Totalreflexion erfüllt sind, sodass möglichst wenig bis kein Lichtverlust durch aus dem Zylinderkörper austretende Lichtstrahlen auftritt.It is preferably provided that the angle β between the cylinder axes O3a, O3b is greater than twice the critical angle for total reflection. This makes it possible to ensure that the conditions for total reflection are met in the transition area between the two cylindrical bodies, so that as little to no light loss as possible occurs due to light rays emerging from the cylindrical body.
Beispielsweise gilt β > 2 arcsin(1/n), wobei n der Brechungsindex des Materials des Zylinderkörpers 40 ist. Bei PMMA gilt n = 1,49, somit β ≥ 85°, bei PC n = 1,585, somit β ≥ 80°.For example, β>2 arcsin(1/n), where n is the refractive index of the material of the
Beispielsweise bilden die beiden zylinderförmigen Körper 40a, 40b in ihrem Übergangsbereich eine plane Totalreflexionsfläche E, welche die Form einer Ellipse aufweist, deren Mittelpunkt im Schnittpunkt der beiden zueinander geneigten Zylinderachsen liegt. Die Totalreflexionsfläche E ist durch eine Flächennormale
Analog zu
Bevorzugte (Verkippungs-)Winkel γ zwischen der Hauptabstrahlrichtung HR und der optische Achse O1 sind größer 165°. Diese Verkippung erlaubt es, die Position und Lage der Lichtquellen-Leiterplatte freier zu wählen; in weiterer Folge führt dies zu einer Verkürzung der (axialen) Einbautiefe/-länge, aber zu einer Vergrößerung der lateralen Einbaubreite.Preferred (tilt) angles γ between the main radiation direction HR and the optical axis O1 are greater than 165°. This tilting allows the position and position of the light source circuit board to be chosen more freely; This subsequently leads to a shortening of the (axial) installation depth/length, but an increase in the lateral installation width.
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