DE4212892C2 - Linsensystem für eine Lichtscheibe einer Kraftfahrzeugheckleuchte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Linsensystem dieser Art (DE-OS 39 05 779) haben die Linsen die Aufgabe, das Licht parallel zu ma­ chen oder zu fokussieren und es durch Fensterelemente entsprechender Farbe zu lenken. Die Linsen haben die Form von Zylinderlinsen. Sie haben jeweils eine relative Lichtverteilung, bei der das Maximum der Lichtintensität dem mittleren Bereich der Linse zugeordnet ist. Zu den Randbereichen hin nimmt die Intensität rasch ab. Die ge­ setzlichen Bestimmungen, wie die verschiedenen ECE-Rege­ lungen über Leuchten, schreiben vor, daß auch für große Abstrahlwinkel noch eine bestimmte Lichtintensität vor­ handen sein muß. Sie wird bei Kraftfahrzeugheckleuchten dadurch erreicht, daß Glühlampen mit entsprechend hoher Leistung eingesetzt werden. Dadurch wird die Kurve der relativen Lichtverteilung zu höheren Werten hin verscho­ ben, so daß die gesetzlichen Bestimmungen erfüllt wer­ den. Nachteilig ist jedoch, daß die leistungsstarke Glühlampe im Betrieb relativ hohe Temperaturen erzeugt, die sich ungünstig auf die aus Kunststoff bestehende Leuchte auswirken.

Die Lichtintensität kann auch dadurch beeinflußt werden, daß die Lichtfenster der Kraftfahrzeugheckleuchte in einem helleren Farbton gehalten werden, so daß mehr Licht durch sie hindurchtreten kann. Der Farbton kann aber nicht beliebig hell gewählt werden, da die gesetzlichen Bestimmungen bestimmte Farbwerte vorschreiben.

Aus der DE-OS 30 35 367 ist eine Vorrichtung zur Her­ stellung von Farbbildkathodenstrahlröhren mit sphäri­ schen Linsen bekannt, die eine Fläche ganz oder teilweise ausleuchten sollen. Die Linse besteht aus ebenen Flä­ chen, die aneinander gesetzt sind. Mit solchen Linsen lassen sich die Randbereiche der Linsen aber nicht aus­ reichend stark ausleuchten.

Bei Kraftfahrzeugheckleuchten sind Lichtfenster vorgese­ hen, die Bereiche aufweisen, die unter anderem mit einer Vielzahl von rasterartig nebeneinander liegenden kugel­ förmigen Linsen besetzt sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linsensystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die erforderliche hohe Lichtintensität im Randbereich ge­ währleistet ist, ohne daß für die Kraftfahrzeugheck­ leuchte Glühlampen hoher Leistung und eine Veränderung der Farbe des Lichtfensters erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Linsensystem der gattungs­ bildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung kann durch Größe und Gestalt der Freiformflächen die Lichtverteilung in jedem Bereich gezielt verändert (erhöht bzw. ernie­ drigt) werden. Je nach Form der Freiformfläche kann eine gezielte Lichtverteilung erreicht werden, ohne daß eine Glühlampe höherer Leistung eingesetzt, die Farbe des Lichtfensters oder die Form oder die Beschichtung des Reflektors verändert werden müssen, so daß die hiermit zusammenhängenden Probleme einfach vermieden werden. Mit dem erfindungsgemäßen Linsensystem können durch Änderung der Form die verschiedensten Lichtverteilungskurven er­ reicht werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Kraftfahrzeugleuchte mit einem Reflektor, einer Glühlampe und einem eine Viel­ zahl von Linsen aufweisenden Lichtfenster,

Fig. 2 eine herkömmliche Linse und drei Ausführungs­ formen von Linsen eines Lichtfensters eines erfindungsgemäßen Linsensystems mit zugehöriger Lichtverteilungskurve.

Die Leuchten nach den Fig. 1 und 2 werden als Kraftfahr­ zeugheckleuchten verwendet. Bei den Leuchten ist die Glühlampe 1 vor einem Reflektor 2 angeordnet, der in einem schematisch angedeuteten Leuchtengehäuse 3 unter­ gebracht ist. Das Leuchtengehäuse ist an seiner Vorder­ seite durch eine Lichtscheibe 4 verschlossen. Es hat an seiner im Leuchtengehäuse 3 liegenden Rückseite 5 eine Vielzahl von Linsen 6. Sie sind bei der herkömmlichen Leuchte (Fig. 1 und der linken Linse in Fig. 2) im Querschnitt teilkreisförmig abgerundete sogenannte Kugellinsen. An den Linsen 6 wird das am Reflektor 2 reflektierte Licht so gebrochen, daß eine Lichtverteilungskurve erzeugt wird, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die auf die Lichtscheibe 4 auftreffende Strahlen 7 können parallel, divergent oder konvergent sein und wird mittels eines geeigneten Reflektors oder einer Fresnellinse erzeugt. Bei der Lichtverteilungskurve liegt das Maximum M der Lichtintensität in der Mitte des beleuchteten Bereiches, während die Lichtintensität zu den Randberei­ chen relativ stark abnimmt. Dies ist in Fig. 2 anhand der linken Linse mit der zugehörigen Lichtverteilungs­ kurve deutlich erkennbar. Nun schreibt die Norm vor, daß im Randbereich der Linse eine Mindest-Lichtintensität vorhanden sein muß. Um diese Anforderung zu erfüllen, werden Glühlampen 1 mit hoher Leistung eingesetzt. Dadurch wird die gesamte Lichtverteilungskurve zu höheren Inten­ sitätswerten verschoben. Eine solche starke Glühlampe 1 erzeugt jedoch im Betrieb sehr hohe Temperaturen, die sich auf die in der Regel aus Kunststoff bestehende Lichtscheibe ungünstig auswirken. Auch das Leuchtengehäuse und insbesondere die Reflektoren können durch die große Wärme in Mitleidenschaft gezogen werden.

Damit in den Randbereichen der Linse die erforderliche Lichtintensität ohne eine stärkere Glühlampe erreicht wird, ist die Linse im Querschnitt mit wenigstens einer Freiformfläche versehen, die den Randbereich der Licht­ verteilung auf Kosten des Zentralbereiches stärkt.

In Fig. 2 sind drei Ausführungsbeispiele für solche Linsen 6a bis 6c dargestellt. Unter Freiformflächen sind solche Flächen an den Linsen zu verstehen, die von einer Kugel-, einer Prismen-, einer Torusform oder einer sonstigen geo­ metrischen Grundform abweichen.

Die Linse 6a hat im Querschnitt in halber Breite einen kon­ vex gekrümmten Scheitel 8, von dem aus die Linsenoberseite zu beiden Seiten hin bis zur Rückseite 27 der Lichtscheibe 4a abfällt. Diese beiden Randseiten verlaufen im Querschnitt jeweils gekrümmt und bilden die Freiformflächen 11 und 12. Diese Krümmung weicht von einer Teil­ kreisform ab. Wie ein Vergleich mit der herkömmlichen Linse 6 (Fig. 2) zeigt, ist die Linse 6a höher, und ihre Randbereiche (Freiformflächen 11 und 12) verlaufen vom Scheitel 8 aus steiler als bei der Linse 6. Der Scheitel 8 hat im Querschnitt einen verhältnismäßig kleinen Krümmungs­ radius und ist so ausgebildet, daß die Strahlen 7 nur verhältnismäßig wenig gebrochen werden. In den Freiform­ flächen 11, 12 werden die Strahlen 7 wesentlich stärker gebrochen. Die Linse 6a, die im Querschnitt spiegelsymme­ trisch ausgebildet ist, hat keinen scharfen Brennpunkt wie die herkömmliche Linse 6, sondern einen Brenn­ punktbereich 28. Die vom Scheitel 8 gebrochenen Strahlen 7 schneiden zwar einander im Brennpunkt P₁, der innerhalb der Lichtscheibe 4a liegt, jedoch bilden die von den Freiformflächen 11, 12 gebrochenen Strahlen keinen exakten Brennpunkt. Dadurch ergibt sich eine symmetrische Licht­ verteilungskurve, deren Maximum M_a in halber Breite der Linse 6a geringer ist als das Maximum M der herkömmlichen Linse (6) (Kugellinse), deren Randbereiche aber eine wesentlich höhere Lichtintensität als bei der Kugellinse (Linse 6) aufweisen. Vom Maximum M_a fällt die Lichtverteilungskurve zu beiden Seiten hin nur wenig ab und erreicht mit geringerem Abstand vom Rand jeweils ein weiteres Maximum M_R, das nur wenig geringer ist als das Maximum M_a. Die Linse 6a erzeugt somit über eine verhältnismäßig große Breite eine nahezu gleichbleibend hohe Lichtintensität, die in den Randbereichen die Norm erfüllt. Die Linse 6a, die im Querschnitt spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, erzeugt eine Lichtverteilungskurve derselben Symmetrie. Dem Randbereich der Linse 6a ist eine Lichtabstrahlung unter großem Winkel und dem mittleren Bereich eine Licht­ abstrahlung unter kleinem Winkel zugeordnet. Da der Randbereich der Linse 6a im Vergleich zu ihrem mittleren Bereich größer ausgebildet ist als bei einer Kugellinse, bedeutet dies, daß auch die Lichtverteilung bei großen Winkeln erhöht ist. Aufgrund der beschriebenen Linsen­ ausbildung ist eine leistungsstarke Glühlampe nicht erforderlich.

Die Form der Linse kann je nach der gewünschten Lichtver­ teilungskurve verändert werden.

Soll beispielsweise nach wie vor im zentralen Bereich der Linse die höchste Lichtintensität bestehen und zu den Randbereichen hin nur leicht abnehmen, dann kann die Linse 6b verwendet werden. Sie ist im Querschnitt eben­ falls spiegelsymmetrisch ausgebildet. Sie hat einen zentralen, konkav ausgebildeten Bereich, der eine Freiformfläche 9 bildet. An dieser Fläche werden die Strahlen 7 divergierend gebrochen. Sie bilden einen relativ breiten Streukegel 17. Die Strahlen, die an den seitlichen konvexen Randabschnitten der Linse 6b konvergierend gebrochen werden, schneiden einander in einem Brennpunkt 20. Die Randabschnitte bilden die Freiformflächen 18, 19 der Linse 6b.

Die zur Linse 6b gehörende Lichtverteilungskurve hat einen symmetrischen Verlauf. In der Mitte der Lichtverteilung existiert ein Maximum M_b. Von ihm aus fällt die Kurve nach beiden Seiten hin zunächst nur flach ab. Erst kurz vor dem Übergang der Freiformflächen 18, 19 der Linse 6b in die Rückseite 27 der Lichtscheibe 4a nimmt die Lichtintensität rasch bis auf Null ab. Das Maximum M_b ist geringer als bei der herkömmlichen Linse 6 (Kugellinse), jedoch fällt die Lichtintensität im Vergleich zur Kugel­ linse zu den Rändern hin weniger stark ab, so daß im Randbereich der Linse 6b die von der Norm geforderte Lichtintensität erreicht wird.

Die Linse 6c nach Fig. 2 hat einen asymmetrischen Quer­ schnitt. Dadurch ist auch die Lichtverteilung asymmetrisch. Der die Freiformfläche 24 bildende Randbereich ist größer ausgebildet als der andere ebenfalls eine Freiformfläche 23 bildende Rand­ bereich. Deshalb trifft auf den Randbereich der Freiformfläche 24 mehr Licht als auf den Randbereich der Freiformfläche 23. Da die Freiformfläche 24 das Licht der rechten Hälfte der Lichtverteilung erzeugt, ergibt sich dort eine höhere Intensität und ein Maximum M_c. Ein sehr schwach gekrümmtes Flächenelement 23′ in der Freiformfläche 23 erzeugt außerdem ein zweites Maximum M_c′. Vom Scheitel 8c aus fällt die Freiformfläche 23 stärker ab als die andere Freiformfläche 24. Beide Freiformflächen 23, 24 der Linse 6c sind im Querschnitt jeweils konvex ge­ krümmt. Die Freiformfläche 23 hat eine stärkere Krümmung als die Freiformfläche 24. Die Freiformflächen 23 und 24 sind so gekrümmt, daß die Strahlen 7 zur einen Seite der Linse 6c hin stärker gebrochen werden als zur anderen Seite. Die Strahlen 7 werden im Scheitel 8c und in den Freiformflächen 23, 24 jeweils konvergent gebrochen. Die von der Freiformfläche 24 und vom Scheitel 8c ausgehenden gebrochenen Strahlen schneiden einander im Brennpunkt 25, während die von der Freiformfläche 23 ausgehenden gebrochenen Strahlen 26 außerhalb des Brennpunktes 25 verlaufen.

Die Lichtverteilungskurve hat ein außermittig liegendes Maximum M_c, das durch die von der Freiformfläche 23 und vom Scheitel 8c gebrochenen Strahlen erzeugt wird. Die Lichtintensität nimmt vom Maximum M_c zum benachbarten Rand allmählich bis auf Null ab, während sie zur anderen Seite hin flacher abfällt und in der Freiformfläche 24 das weitere Maximum M_c′ hat. Dieses Maximum M_c′ ist geringer als das Maximum M_c. Vom Maximum M_c′ nimmt die Lichtin­ tensität nach beiden Seiten hin rasch ab.

Wie die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, lassen sich die unterschiedlichsten Lichtverteilungskurven sehr einfach durch geringfügige Änderung der Linsenform herstellen.

Die Lichtscheibe 4a kann nur eine Linsenform haben. Es ist aber auch möglich, verschiedene Linsenformen, auch herkömm­ liche Linsenformen, miteinander zu kombinieren, je nach der gewünschten Lichtintensitätsverteilung.

Die Linsen sind vorteilhaft in Heckleuchten von Kraftfahr­ zeugen vorgesehen und können im Bereich des Bremslichtes und/oder des Rückfahrlichtes und/oder des Schlußlichtes angeordnet sein. Es ist auch möglich, die Linse z. B. im Scheinwerferbereich ein­ zusetzen. Für diesen Fall würde sich vorteilhaft die Linse 6c eignen. Aufgrund der verschiedenen Linsen können die Re­ flektoren, die den Glühlampen zugeordnet sind, herkömm­ liche Form haben. Sie benötigen also keine spezielle Formgebung, um die gewünschte Lichtverteilung zu erreichen.

Die beschriebenen Linsen 6a bis 6c können neben den herkömmlichen Linsen, wie Kugel-, Torus-, oder Prismen­ linsen, eingesetzt werden.

Zur Ermittlung der jeweils geeignetsten Form der Linse werden anhand der Brechungsgesetze für eine gewünschte Lichtverteilungskurve entsprechend geeignete Flächen definiert und diese Teilflächen durch eine glatte Fläche angenähert. Auf diese Weise lassen sich einfach die notwendigen Linsenformen bestimmen und herstellen.

Die Linsen können teilweise aus Nichtfreiformflächen, wie Ebene, Kugel, Kegel, Zylinder, Prisma, Torus usw. bestehen. Sie können symmetrisch, wie punktsymmetrisch, spiegel­ symmetrisch oder rotationssymmetrisch, oder teilweise symmetrisch oder völlig asymmetrisch ausgebildet sein.

Die Linsen können nur in einem bestimmten Leuchtenbereich verwendet werden, z. B. bei Kraftfahrzeugheckleuchten im Blinklichtbereich, oder sie können vermischt mit herkömm­ lichen Linsen in einem bestimmten Leuchtenbereich ein­ gesetzt werden. Sie können auch im gesamten Leuchtenbe­ reich unvermischt oder mit herkömmlichen Linsen vermischt werden.

Claims (8)

1. Linsensystem für eine Lichtscheibe einer Kraftfahr­ zeugheckleuchte, wobei die Kraftfahrzeugheckleuchte mindestens einen Reflektor aufweist, der einer Glüh­ lampe zugeordnet ist, und wobei die das Linsensystem aufweisende Lichtscheibe in Lichtaustrittsrichtung gesehen nach der Glühlampe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem durch eine Linse (6a, 6b, 6c) gebildet ist, die zur Erhö­ hung der Lichtstärke im Randbereich der der Linse (6a, 6b, 6c) zugehörigen Lichtstärkeverteilungskurve mindestens eine von einer geometrischen Grund­ form abweichende Freiformfläche (11, 12; 9, 18, 19; 23, 24) aufweist, und daß die jeweils geeignete Freiformfläche der Linse (6a, 6b, 6c) über anhand der Brechungsgesetze ermittelten Teilflächen für eine gewünschte Lichtstärkeverteilungskurve be­ stimmt ist und die jeweils geeignete Freiformfläche durch eine Näherung der Teilflächen durch eine glatte Fläche gebildet ist.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche (11, 12; 18, 19; 23, 24) der Linse (6a, 6b, 6c) konvex gekrümmt verläuft.

3. Linsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche (9) der Linse (6b) konkav gekrümmt verläuft.

4. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (11, 12; 18, 19) der Linsen (6a, 6b) im Querschnitt spiegelbildlich gleich ausgebildet sind.

5. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (23, 24) der Linse (6c) hinsichtlich des Krümmungs­ verlaufes vom Scheitel (8c) aus unterschiedlich ausgebildet sind.

6. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (11, 12, 23, 24) der Linse (6a, 6c) über einen konvex gekrümmt verlaufenden Bereich des Scheitels (8, 8c) ineinander übergehen.

7. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (18, 19) der Linse (6b) an einen konkav gekrümmten Bereich der Freiformfläche (9) anschließen.

8. Linsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche (11, 12; 18, 19; 23, 24) der Linse (6a, 6b, 6c) von der Rückseite (27) der Lichtscheibe (4a) aus bis zum Scheitel (8, 8c) und des konkax gekrümmten Bereiches der Freiformfläche (9) verläuft.