EP3239594A1 - Vorsatzoptik für eine lichtquelle zum erzeugen einer verzweigten leuchtfläche - Google Patents

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EP3239594A1
EP3239594A1 EP17166533.4A EP17166533A EP3239594A1 EP 3239594 A1 EP3239594 A1 EP 3239594A1 EP 17166533 A EP17166533 A EP 17166533A EP 3239594 A1 EP3239594 A1 EP 3239594A1
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EP
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light
light exit
optical elements
attachment optics
optical
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a front optic for a light source for generating a branched luminous surface.
  • the invention relates to a light module for a motor vehicle headlight, which light module comprises at least one light source and an optical attachment of the at least one light source associated optical attachment of the type mentioned.
  • the invention relates to a motor vehicle headlight with such a light module or with an attachment optics mentioned above.
  • the invention relates to a motor vehicle with at least one motor vehicle headlight of this type.
  • optical fibers for generating linearly extended, branched luminous surfaces has proven particularly useful in practice.
  • the light guides can be bent or curved in certain frames, without the light emerging at the bending point or in the curved sections.
  • a disadvantage of using the optical fibers is that they are integrally formed.
  • a light guide or a light guide arrangement is developed and manufactured for each signal light module, which can only be used to a limited extent or not at all for other signal light modules.
  • Another known disadvantage of the light guide that they can bend only to a certain extent or curved execute. From a certain angle or radius of curvature large light losses may occur at the bending point or in the curved section due to leakage of light from the light guide. This often has the consequence that the desired luminous impression, for example, a homogeneously bright curved thin strip is no longer achieved.
  • One possible measure to address the problem is not to bend the light guide. However, this often leads to the fact that the light module in which the light guide is used, requires a larger space and therefore can not take into account the space requirements.
  • the object of the present invention is therefore to provide a front optics which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art and provides an attachment optics, for example for a motor vehicle headlamp light module, which can be modularly constructed, can be bent arbitrarily and essentially without light losses and makes the viewer a homogeneous light impression, when light passes through the attachment optics.
  • the optical attachment comprises at least a plurality of photoconductive optical elements, wherein each photoconductive optical element has a light entry region, a light exit region and a lateral surface, wherein the lateral surface connects the light entry region and the light exit region, the light exit region the light entry region opposite and is associated with a light exit surface, which light exit surface is bounded by a circumferential boundary line, wherein the boundary line adjacent to the light exit region, and the optical elements are lined up such that the light exit surfaces of all optical elements lie in a common substantially planar surface, each optical element a number (one, two or more) of nearest neighbors (nearest neighbor elements), the boundary line of which is a Number (one, two or more) of sections each associated with a portion of the boundary line of a next neighbor, with mutually associated sections adjacent to each other and having corresponding curves.
  • a “substantially planar surface” is understood to mean a surface which may also be curved, wherein the variable characterizing this curvature / curvature (eg a radius of curvature) is large or small compared to a characteristic size, for example the diameter of the Light exit surface of the optical element, eg the radius of curvature / the curvature is large / small compared to the diameter of the light exit surface of the optical element.
  • attachment optics is not intended to be limiting in the context of this invention.
  • An attachment optics can be designed, for example, as an optical element system which comprises a plurality of optical elements of the above-mentioned type and can be provided to one or more light sources or photosensitive elements.
  • the term light entry region is understood to mean a region which is available to the light generated by one or more light sources and directed onto the optical attachment for penetration into the respective light-guiding optical element. In this case, the light, which does not fall on the light entry areas, essentially does not penetrate into the attachment optics.
  • the term light exit region is understood to mean a region from which the light which has penetrated through the corresponding light entry region and propagates substantially without losses in the light-conducting optical element emerges. Due to the jacket surface connecting the light entry region and the light exit region, only a small amount of light can escape. In this case, the term is understood to mean a small amount of light, a quantity of light, which does not essentially influence the photograph resulting from use of the attachment optics.
  • the light exit area is assigned to a light exit surface.
  • the light exit surface is an imaginary surface aligned substantially perpendicular to the optical axis of the optical element, which is bounded by a circumferential boundary line and along This boundary line adjacent to the light exit area.
  • the light exit surface may be flat or curved / curved, wherein the radius of curvature of the light exit surface is large compared to the characteristic size of the optical element.
  • the light exit region is assigned to the light exit surface in such a way that the entire light exiting through the exit region passes through the light exit surface.
  • the characteristic size of an optical element is understood to be a diameter of its light exit surface.
  • the definition of a diameter in the generalized sense ie in the sense of a diameter of a set in a metric space, to understand.
  • the juxtaposition of the optical elements is carried out in such a way that the distance between nearest neighbors is small compared to the characteristic size of the neighbors, preferably vanishingly small.
  • neighbor always means the nearest neighbor (s), unless expressly stated otherwise.
  • the common surface of the light exit surfaces of the individual optical elements may for example be flat or curved / curved (intended convex / concave) and has a small curvature compared to a characteristic size of the optical elements.
  • the attachment optics having a plurality of optical elements has the technical effect that the attachment optics can be constructed in a modular manner and can therefore be tailored to the requirements of the building design and / or design.
  • the modularity of the attachment optics means that their shape can be varied very quickly by exchanging / replacing / adding individual optical elements and / or entire optical element modules.
  • the inventive type of juxtaposition of the individual optical elements ensures that when irradiating the light through the entire optical attachment creates a homogeneous luminous impression and the attachment optics looks as a whole without the individual optical elements and / or light sources are perceptible.
  • the individual light exit surfaces can complement one another and form a complete total light exit surface, which is a part of the common surface.
  • the total light exit surface ringss, branched chains with or without loops, etc.
  • a particularly homogeneous luminous impression can be achieved by means of the attachment optics, resulting, for example, by reducing constrictions of the total light exit surface.
  • the lateral surface In order to achieve a luminous impression of an elongated strip of a substantially constant thickness, it may be expedient for the lateral surface to have a number of regions, which are each assigned to a region of the lateral surface of a next neighbor, wherein mutually associated regions abut each other and corresponding surface profiles exhibit.
  • the constrictions resulting from the juxtaposition of the optical elements for example, a branched total light exit surface can be reduced and a better light impression can be obtained.
  • the lateral surface may have a number of regions, which are each assigned to a region of the lateral surface of a next neighbor, wherein mutually associated abutting regions are formed congruent to one another.
  • At least one section is arcuate. It may be particularly advantageous if the at least one arcuate portion to the inside of the light exit surface, ie in the direction of the light exit surface inside, is curved.
  • the optical element can abut against its nearest neighbor, for example pivotable about an axis.
  • the arched in the direction of the light exit surface inside arcuate portion of the optical element in the direction of Lichtaustritts vomäußeren arched arcuate portion of the nearest neighbor to be assigned and correspond to this. It is particularly advantageous when the arcuate portion, for example, as a circular arc is trained.
  • the radius of the circle can be selected such that the optical element and the corresponding nearest neighbor are arranged pivotable relative to each other about an axis extending through the center of the circle perpendicular to the circular surface and / or rotatable.
  • the axis runs essentially parallel to the optical axes of both optical elements.
  • the light propagates, as already mentioned above, substantially perpendicular to the common surface of the light exit surfaces, in which a change in shape (for example bending) of an arrangement (for example, chain) of the juxtaposed optical elements can be done by, for example, just described rotation, and is therefore decoupled from the change in shape.
  • a change in shape for example bending
  • an arrangement for example, chain
  • At least one section is formed as a straight line.
  • the juxtaposition of the sections formed as a straight line provides, for example, the advantage that the constrictions of a, for example, rectilinearly aligned total light exit surface are reduced, thereby achieving a more homogeneous light impression (of a strip aligned in a straight line, for example).
  • optical elements it may be advantageous if all optical elements are formed substantially the same. In this way, all the optical elements can be manufactured, for example, by an injection molding process using a single tool.
  • each optical element may be expedient for the aligned optical elements to form a chain, each optical element being at predetermined angles with respect to its neighboring optical elements. It is conceivable that each optical element is at a different angle to each of its neighboring optical elements.
  • the chain is branched.
  • the chain has at least one loop.
  • the chain is closed annularly, in particular in an O-shaped manner.
  • the optical elements may be designed as TIR lenses (abbreviation for Total Internal Reflection), preferably as (rotationally symmetrical TIR lenses (about the optical axis of the lens).
  • a light beam directed substantially parallel to the optical axis of the lens can be generated and the homogeneity of the emitted light can be further increased.
  • the lateral surfaces have a plurality of upholstery optics. It may be advantageous if at least a part of the upholstery optics is arranged on each side of the lateral surfaces facing a nearest neighbor.
  • upholstery optics is understood to mean an optical element, for example a lens, which has a much smaller characteristic size than the characteristic size of the optical element and can be configured to do so, for example, by a passage and / or scattering
  • Such upholstery optics may be formed, for example, as small elevations on the lateral surface and of the same material, which is preferably optically denser than air, such as the corresponding optical element.
  • the optic elements may be opportune if the optic elements are arranged touching each other in a touching manner.
  • the juxtaposed optical elements are spaced from each other.
  • the attachment optics has the advantage that when inserting the attachment optics in a mechanically movable environment, such as in a motor vehicle headlight, to no wear and no impairment of the optical properties of the individual optical elements, for example by friction and / or mutual pushing comes.
  • an adhesive layer is provided between the juxtaposed optical elements, which adhesive layer connects each optical element with its nearest neighbors.
  • a light module for a motor vehicle headlight in that substantially all of the light generated by the at least one light source enters the front optics through the light entry areas and emerges from the front optics from the light exit areas, preferably substantially without losses ,
  • the term light source should not be interpreted too narrowly.
  • the term light source is understood to mean one or more devices or devices which can provide light which can arrive on the optical attachment according to the invention.
  • Such a light source may comprise, for example: both primary luminous elements, such as Bulbs, LEDs, OLEDs, laser light sources as well as secondary luminous elements, such as light conversion means, Lichtumlenkemia such.
  • Such a "light source” is seen as a light source by the attachment optics: it provides light to the attachment optics, which images the attachment optics.
  • the light emerging from the optical attachment is included as a light beam directed substantially parallel to one another, i. a small étendue exhibiting, light beam is formed.
  • the at least one light source is designed as an LED.
  • the light module comprises a plurality of light sources, wherein a light source number is greater than an optical element number or equal to an optical element number and each optical element at least two, preferably three, in particular more than three, light sources are assigned or exactly one light source is assigned ,
  • the light sources for example LEDs
  • the light sources can be arranged very close to the light entry surfaces of the optical elements, for example TIR lenses. In this case, substantially all the light of each individual light source can be fed into the associated optical element. As a result, for example, the light losses (light transmission losses) can be reduced or kept small.
  • the number of light sources is, for example, an integer multiple of the number of optical elements, wherein each optical element is associated, for example, with the same number of light sources
  • the light sources assigned to an optical element can be controlled separately and emit light in different colors. In this way, different light functions such as direction indicators and daytime running lights can be realized in one (and the same) light module.
  • the light module is designed as a signal light module.
  • Fig. 1 shows a front optics 1, which may correspond to a head optical system according to the invention.
  • the attachment optics 1 is formed as chain-attached TIR optics (TIR lenses) 2, which can correspond to light-guiding optical elements.
  • TIR lenses 2 are congruent with each other, have a characteristic size of 10 to 20 mm and can be used, for example, in a single mold injection molding process getting produced. It is also possible to use TIR lenses that differ in size and shape.
  • other optical fiber optic elements such as optical fibers, tubes, rods or the like, conceivable.
  • Each TIR lens 2 has a light entry region 3, a light exit region 4 opposite the light entry region, and a lateral surface 5 connecting the light entry region 3 to the light exit region 4.
  • the light exit region 4 is assigned to a respective light exit surface 6.
  • TIR lenses 2 match their light exit areas and light exit surfaces.
  • the light exit surfaces of all TIR lenses form an overall light exit surface 60, which lies in a surface F and is formed as a linearly extending, elongated constrictions 61 having tape (see also Fig. 2 ).
  • the light exit surfaces 6 and the surface F may be flat or slightly curved. By slightly curved is meant that the surface F has a small curvature compared to the characteristic size of the TIR lenses.
  • the shape of the light exit region can be adapted, for example, to the shape of the light entry region (see, for example, US Pat Jin-Jia Chen, Chin-Tang Lin “Freeform surface design for a light-emitting diode-based collimating lens", Optical Engineering 49 (9), 093001 (September 2010 ) and Donglin Ma, Zexin Feng, and Rongguang Liang "Freeform illumination lens design using composite ray mapping", Applied Optics Vol. 3, 20 January 2015 ).
  • the light exit surface 6 is bounded by a circumferential, for example crescent-shaped (as shown), boundary line 7 and adjoins the light exit region 4 at this boundary line 7.
  • the lateral surfaces 5 of the TIR lenses 2 are paraboloid-shaped. Differently formed lateral surfaces of the TIR lenses are conceivable.
  • the lateral surfaces may have facets, wherein each facet may have a paraboloidal course.
  • one or more recesses 8 may be provided in each lateral surface 5, which preferably corresponds to the, for example, paraboloidal, surface course of the lateral surface 5 / correspond.
  • This recess (s) 8 corresponds / correspond to the areas which are each assigned to a region of the lateral surface of a next neighbor 5a, wherein mutually associated regions abut each other and may have corresponding surface courses.
  • each TIR lens and also each optical element can have any number (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.) of nearest neighbors, with each nearest neighbor being a section assigned to the boundary line 7.
  • each nearest neighbor being a section assigned to the boundary line 7.
  • branched chains chains with loops, rings, ellipses, etc.
  • the next neighbor 2a, 2b shown in FIG. 7b is associated with the portion 7a from the boundary line of the light exit surface of the TIR lens 2a. It can be provided that the sections 7a, 7b are formed congruent to each other, so that they can be placed congruently together.
  • Fig. 2 shows arcuate portions 7a, 7b, which have the same radius of curvature, which is the radius R of the light exit region of a TIR lens (without recess in the lateral surface) is substantially equal.
  • the TIR lens 2b is rotatable with respect to the adjacent TIR lens 2a about its optical axis OA (FIG. Fig. 2 ). This has the advantage that the course of the chain can be changed without requiring a different form of the TIR lens, resulting in a high flexibility and a high adaptability of the attachment optics.
  • the course of the chain between two predetermined points can be changed.
  • the TIR lens 2d whose optical axis passes through the point P2
  • rotates counterclockwise around its optical axis by an angle ⁇ 2 to change the chain between points P1 and P4, for example, as a straight section and then the TIR lens 2e are rotated counterclockwise about its optical axis by a further angle ⁇ 1 .
  • rotation about different angles ⁇ 1 , ..., ⁇ n almost arbitrarily extending chains can be formed.
  • the distance between the nearest neighbors does not exceed the value of two characteristic sizes of the light exit surface of the optical element.
  • the distance D is in a range between a radius and a diameter of the light exit surface of the TIR lens (when the TIR lens has no recess).
  • FIG. 3 (a) and (b) show two of many prior art TIR lenses having different light entrance 3 and light exit areas 4.
  • the prior art shows that the shape of the Lichteintritts- with the shape of the light exit region is related. So shows, for example Fig. 3 (b) a conventional TIR lens 2 'in which the shape of the light exit region 4' is parallel to the optical axis of the TIR lens 2 'due to the round shape of the light entrance region 3' and the condition that light rays emerging from the TIR lens 2 'are parallel is determined.
  • the TIR lens 2 ' represents the Fig. 3 (b) an example of a TIR lens in which the light exit surface 6 'and the light exit region 4' do not coincide.
  • Fig. 4 shows an attachment optics 1 'with a branched total light exit surface 60'.
  • the attachment optics 1 ' has a plurality of TIR lenses 2, with a TIR lens 2 "having three closest neighbors and serving to implement a branch, it being noted that all the TIR lenses of the attachment optics 1' have the same design. This is synonymous with the attachment optics 1 of Fig. 1 and Fig. 2 the case.
  • a front optical system according to the present invention comprises a plurality of branches.
  • the TIR lenses 2 it is possible to create various types of attachment optics (eg self-contained, one or more loops, etc.). Due to the branched total light exit surface 60 ', when the attachment optics 1' are used, a likewise branched luminous surface is achieved, for example in a motor vehicle headlamp light module.
  • Fig. 5 schematically shows an example of a motor vehicle headlight 100, which has at least one light module 101.
  • the light module has a plurality of For example, arranged on a circuit board 102 LEDs 103, which may correspond to the at least one light source.
  • the LEDs can be replaced with other light sources. It is quite conceivable that instead of LEDs OLEDs or laser light-illuminated light conversion means are used.
  • the light generated by LEDs is coupled into an optical attachment 1 ", in which case the attachment optics 1" can be used as one of the above-mentioned attachment optics 1, 1 ' Fig. 1 or the Fig. 4 be formed or correspond to another of the attachment optics according to the invention corresponding attachment optics.
  • an S-shaped extending luminous surface is generated, which corresponds to the shape of the total light exit surface 60 ", wherein the total light exit surface 60" is formed from the light exit surfaces 6 of the individual designed as TIR lenses 2 optical elements. It should be noted that if the LEDs are not switched on simultaneously, different lighting scenarios can be implemented which are used, for example, in the case of signal light modules.
  • Fig. 6 (a) to Fig. 6 (d) show TIR lenses whose lateral surfaces each have two substantially planar to the optical axis of the TIR lens OA substantially parallel portions 10a, 10b. Accordingly, the boundary lines 7 of the light exit surfaces of these TIR lenses also have two rectilinear sections 7c, 7d. As already stated above, it is advantageous if the number of sections corresponds to the number of nearest neighbors and these sections are designed such that they can be assigned to the corresponding sections of the nearest neighbors.
  • the sections 7c, 7d can run parallel to one another. In this case, can be very quickly form a trained as a straight chain chain attachment optics, with which an impression of a luminous strip can be created particularly favorable.
  • Fig. 7 shows an embodiment of a front lens 1 ', which a plurality of TIR lenses 2' with the boundary lines, each having two rectilinear portions 7c, 7d, which portions 7c, 7d at an angle ⁇ 1 , ⁇ 2 to each other (as parts of the corresponding Leg of the angle) are arranged.
  • a front lens 1 ' which a plurality of TIR lenses 2' with the boundary lines, each having two rectilinear portions 7c, 7d, which portions 7c, 7d at an angle ⁇ 1 , ⁇ 2 to each other (as parts of the corresponding Leg of the angle) are arranged.
  • TIR lenses 2a ' which lateral surfaces have planar regions, and whose boundary lines each have two straight sections 7c, 7d which do not run parallel to one another and which at the same angle, eg at the angle ⁇ 1 , stand each other, particularly favorable an annular, O-shaped, intent optics formed can be.
  • differently formed TIR lenses 2a ', 2b' can be used to form a front optical system. That is, it is quite conceivable that straight, obliquely extending portions of each TIR lens in the optical attachment at a predetermined angle ⁇ 1 , ⁇ 2 to each other and this angle varies from TIR lens to TIR lens.
  • a front optics can be created, which can have an almost arbitrary shape and, for example, can be adapted to almost any shape of a motor vehicle headlight housing.
  • Fig. 8 shows two adjacent TIR lenses 2c, 2d, wherein a TIR lens 2c comprises a plurality of cushion optics 11 having recess 8 on the lateral surface.
  • the TIR lens 2c is associated with an LED 103 ', which may correspond to the at least one light source.
  • the upholstery optics 11 may, for example, be adapted to direct the light emerging from the optical attachment in parallel and to avoid scattered light / false light 12. It is particularly advantageous if the upholstery optics 11 are arranged in a region of the recess 8 which, viewed in a direction parallel to the optical axis of the TIR lens, is not covered by the lateral surface of the adjacent TIR lens.
  • the light rays 13 directed parallel to the optical axis by means of the cushion optics 11 can emerge from the attachment optics without experiencing refraction and / or reflection at another surface.
  • the TIR lenses 2c and 2d are spaced apart, whereby the wear of the TIR lenses is reduced.
  • the optical elements for example TIR lenses
  • the optical elements are lined up, it can be provided that the optical elements are arranged in a row at a distance from one another or aligned with one another in a contacting manner.
  • the distance is kept small in comparison to the characteristic size, for example to the diameter of the light exit surface, of the optical elements.
  • the individual optical elements of the optical attachment are not recognized as such, the optical attachment is perceived as a whole and there is a homogeneous luminous impression of an example branched luminous surface.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Vorsatzoptik (1) für eine Lichtquelle zum Erzeugen einer verzweigten Leuchtfläche, welche Vorsatzoptik (1) zumindest eine Mehrzahl lichtleitender Optikelemente (2) umfasst, wobei jedes lichtleitende Optikelement (2) einen Lichteintrittsbereich (3), einen Lichtaustrittsbereich (4) und eine Mantelfläche (5) aufweist, wobei die Mantelfläche (5) den Lichteintrittsbereich (3) und den Lichtaustrittsbereich (4) verbindet, der Lichtaustrittsbereich (4) dem Lichteintrittsbereich (3) gegenüberliegt und einer Lichtaustrittsfläche (6) zugeordnet ist, welche Lichtaustrittsfläche (6) durch eine umlaufende Begrenzungslinie (7) begrenzt ist, wobei die Begrenzungslinie (7) an den Lichtaustrittsbereich (4) angrenzt, und die Optikelemente (2) derart aneinandergereiht sind, dass die Lichtaustrittsflächen (6) aller Optikelemente (2) in einer gemeinsamen im Wesentlichen planen Fläche (F) liegen, wobei jedes Optikelement (2) eine Anzahl von nächsten Nachbarn aufweist, wobei dessen Begrenzungslinie (7) eine Anzahl von Abschnitten (7a, 7b) aufweist, die jeweils einem Abschnitt der Begrenzungslinie eines nächsten Nachbarn zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete Abschnitte (7a, 7b) aneinanderliegen und einander entsprechende Kurvenverläufe aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorsatzoptik für eine Lichtquelle zum Erzeugen einer verzweigten Leuchtfläche.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welches Lichtmodul zumindest eine Lichtquelle und eine Vorsatzoptik der zumindest einer Lichtquelle zugeordnete Vorsatzoptik der eingangs genannten Art umfasst.
  • Außerdem betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen Lichtmodul oder mit einer eingangs genannten Vorsatzoptik.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Kraftfahrzeugscheinwerfer dieser Art.
  • Gestalterische Aspekte im modernen KFZ-Bau gewinnen immer mehr an Bedeutung. Dabei dürfen bei der Entwicklung neuer Designs von zum Beispiel Kraftfahrzeugscheinwerfern und/ oder ihrer Komponenten (beispielsweise Lichtmodule oder andere Bauteile) funktionelle Aspekte nicht vernachlässigt werden. Besonders bei sekundären Lichtfunktionen, wie beispielsweise Signallichtfunktionen (Tagfahrlicht, Positionslicht und Fahrtrichtungsanzeiger), ist es aufgrund der wenigen gesetzlich vorgeschriebenen Normen für das von einem entsprechenden Lichtmodul (z.B. Signallichtmodul) erzeugte Lichtbild möglich, die Lichtmodule technisch auf verschiedenste Art und Weise umzusetzen. Durch Form und Aussehen solcher Lichtmodule wird einem Kraftfahrzeug oft ein Aussehen verliehen, das auf den Hersteller dieses Kraftfahrzeug eindeutig schließen lässt.
  • Verwendung von Lichtleitern zum Erzeugen linear ausgedehnter, verzweigter Leuchtflächen hat sich in der Praxis besonders bewährt. Bekannterweise lassen sich die Lichtleiter in gewissen Rahmen biegen beziehungsweise gekrümmt ausführen, ohne dass es zu einem Lichtaustritt an der Biegungsstelle beziehungsweise in den gekrümmten Abschnitten kommt. Außerdem ist es möglich das Licht aus einem Lichtleiter gezielt, an einer oder mehreren vorgegebenen Stelle(n) austreten zu lassen. Tritt das Licht beispielsweise an mehreren Stellen eines kurvenförmig gebogenen Lichtleiters, entsteht bei einem Betrachter der Eindruck einer homogen leuchtenden geschwungenen ununterbrochenen Linie. Ein Nachteil bei der Verwendung von den Lichtleitern besteht darin, dass sie einstückig ausgebildet sind. Aus diesem Grund wird beispielsweise für jedes Signallichtmodul ein Lichtleiter beziehungsweise eine Lichtleiteranordnung entwickelt und hergestellt, die sich nur sehr bedingt bis gar nicht für andere Signallichtmodule verwendet werden kann. Ein weiterer bekannter Nachteil der Lichtleiter, dass sie sich nur bis zu einem gewissen Grad biegen beziehungsweise gekrümmt ausführen lassen. Ab einem bestimmten Winkel beziehungsweise Krümmungsradius können an der Biegungsstelle beziehungsweise im gekrümmten Abschnitt große Lichtverluste durch Austreten von Licht aus dem Lichtleiter auftreten. Dies hat oftmals zur Folge, dass der erwünschte Leuchteindruck, beispielsweise eines homogen leuchtenden geschwungenen dünnen Bandes, nicht mehr erzielt wird. Eine mögliche Maßnahme, um dem Problem zu begegnen, ist den Lichtleiter nicht zu biegen. Allerdings führt das sehr oft dazu, dass das Lichtmodul, in dem der Lichtleiter verwendet wird, einen größeren Bauraum benötigt und deshalb den bauraumtechnischen Anforderungen nicht Rechnung tragen kann.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorsatzoptik zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt und eine Vorsatzoptik, beispielsweise für ein Kraftfahrzeugscheinwerferlichtmodul, zur Verfügung stellt, die modular aufgebaut werden kann, sich beliebig und im Wesentlichen ohne Lichtverluste biegen lässt und beim Betrachter einen homogenen Leuchteindruck macht, wenn Licht durch die Vorsatzoptik durchtritt.
  • Die Aufgabe wird mit einer eingangs genannten Vorsatzoptik erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorsatzoptik zumindest eine Mehrzahl lichtleitender Optikelemente umfasst, wobei jedes lichtleitende Optikelement ein Lichteintrittsbereich, ein Lichtaustrittsbereich und eine Mantelfläche aufweist, wobei die Mantelfläche den Lichteintrittsbereich und den Lichtaustrittsbereich verbindet, der Lichtaustrittsbereich dem Lichteintrittsbereich gegenüberliegt und einer Lichtaustrittsfläche zugeordnet ist, welche Lichtaustrittsfläche durch eine umlaufende Begrenzungslinie begrenzt ist, wobei die Begrenzungslinie an den Lichtaustrittsbereich angrenzt, und die Optikelemente derart aneinandergereiht sind, dass die Lichtaustrittsflächen aller Optikelemente in einer gemeinsamen im Wesentlichen planen Fläche liegen, wobei jedes Optikelement eine Anzahl (ein, zwei oder mehr) von nächsten Nachbarn (nächsten Nachbar-Elementen) aufweist, wobei dessen Begrenzungslinie eine Anzahl (ein, zwei oder mehr) von Abschnitten aufweist, die jeweils einem Abschnitt der Begrenzungslinie eines nächsten Nachbarn zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete Abschnitte aneinanderliegen und einander entsprechende Kurvenverläufe aufweisen.
  • Unter einer "im Wesentlichen planen Fläche" wird eine Fläche verstanden, die auch gekrümmt/ gewölbt sein kann, wobei die diese Krümmung/Wölbung charakterisierende Größe (z.B. ein Krümmungsradius) groß bzw. gering im Vergleich zu einer charakteristischen Größe, beispielsweise zu dem Durchmesser der Lichtaustrittsfläche, des Optikelements, z.B. der Krümmungsradius/die Krümmung ist groß/gering im Vergleich zum Durchmesser der Lichtaustrittsfläche des Optikelements.
  • Der Begriff "Vorsatzoptik" soll im Rahmen dieser Erfindung nicht einschränkend ausgelegt sein. Eine Vorsatzoptik kann beispielsweise als ein Optikelement-System ausgebildet sein, welches mehrere Optikelemente der oben genannten Art umfasst und einer oder mehreren Lichtquellen oder lichtempfindlichen Elementen vorgesetzt sein kann.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Lichteintrittsbereich ein Bereich verstanden, der dem von einer oder mehreren Lichtquellen erzeugten und auf die Vorsatzoptik gerichteten Licht zum Eindringen in das jeweilige lichtleitende Optikelement zur Verfügung steht. Dabei dringt das Licht, welches nicht auf die Lichteintrittsbereiche einfällt, in die Vorsatzoptik im Wesentlichen nicht ein.
  • Darüber hinaus wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Lichtaustrittsbereich ein Bereich verstanden, aus dem das durch den entsprechenden Lichteintrittsbereich eingedrungene und sich im Wesentlichen ohne Verluste im lichtleitenden Optikelement fortpflanzende Licht austritt. Durch die den Lichteintrittsbereich und den Lichtaustrittsbereich verbindende Mantelfläche kann nur eine geringe Lichtmenge austreten. Dabei wird unter dem Begriff eine geringe Lichtmenge, eine Menge Licht verstanden, die das unter Verwendung von der Vorsatzoptik entstehende Lichtbild im Wesentlichen nicht beeinflusst.
  • Der Lichtaustrittsbereich ist einer Lichtaustrittsfläche zugeordnet. Die Lichtaustrittsfläche ist eine gedachte im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse des Optikelements ausgerichtete Fläche, die von einer umlaufenden Begrenzungslinie begrenzt ist und entlang dieser Begrenzungslinie an den Lichtaustrittsbereich angrenzt. Dabei kann die Lichtaustrittsfläche plan oder gewölbt/gekrümmt sein, wobei der Krümmungsradius der Lichtaustrittsfläche groß im Vergleich zu der charakteristischen Größe des Optikelements ist. Des Weiteren ist der Lichtaustrittsbereich der Lichtaustrittsfläche derart zugeordnet, dass das gesamte durch den Austrittsbereich austretende Licht durch die Lichtaustrittsfläche durchtritt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter der charakteristischen Größe eines Optikelements ein Durchmesser seiner Lichtaustrittsfläche verstanden. Da die Lichtaustrittsfläche kein Kreis sein muss, ist die Definition eines Durchmessers im verallgemeinerten Sinne, i.e. im Sinne eines Durchmessers einer Menge in einem metrischen Raum, zu verstehen. Das Aneinanderreihen der Optikelemente ist dergestalt ausgeführt, dass der Abstand zwischen nächsten Nachbarn klein im Vergleich zu der charakteristischen Größe der Nachbarn, vorzugsweise verschwindend gering, ist.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Nachbar(n) stets der(die) nächste(n) Nachbar(n) verstanden, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
  • Die gemeinsame Fläche der Lichtaustrittsflächen der einzelnen Optikelemente kann beispielsweise plan oder gekrümmt/ gewölbt (bestimmungsgemäß konvex / konkav) ausgebildet sein und weist eine im Vergleich zu einer charakteristischen Größe der Optikelemente kleine Krümmung auf.
  • Die eine Mehrzahl von Optikelementen aufweisende Vorsatzoptik hat den technischen Effekt, dass die Vorsatzoptik modular aufgebaut werden und dadurch auf die baumraumtechnischen und/ oder gestalterischen Anforderungen abstellen kann. Die Modularität der Vorsatzoptik hat zur Folge, dass ihre Form durch Austauschen/Ersetzen/Hinzufügen von einzelnen Optikelementen und/oder von ganzen Optikelement-Modulen sehr schnell variiert werden kann. Die erfindungsgemäße Art des Aneinanderreihens der einzelnen Optikelemente sorgt dafür, dass beim durchstrahlen des Lichts durch die gesamte Vorsatzoptik ein homogener Leuchteindruck entsteht und die Vorsatzoptik als ein ganzes aussieht, ohne dass die einzeln Optikelemente und/oder Lichtquellen wahrnehmbar sind.
  • Hinsichtlich eines lückenlosen Aneinanderreihens der Lichtaustrittsflächen und/ oder Lichtaustrittsbereichen der Optikelemente kann es zweckmäßig sein, wenn die einander zugeordneten, aneinanderliegenden Abschnitte kongruent zueinander ausgebildet sind. Dabei können sich die einzelnen Lichtaustrittsflächen komplementieren und eine lückenlose Gesamtlichtaustrittsfläche, die ein Teil der gemeinsamen Fläche ist, bilden. Auf die möglichen bevorzugten Formen der Gesamtlichtaustrittsfläche (Ringe, verzweigte Ketten mit oder ohne Schleifen usw.) wird in der Beschreibung weiter unten noch näher eingegangen. Bei den lückenlos aneinandergefügten/aneinandergereihten Lichtaustrittsflächen und/oder Lichtaustrittsbereichen der Optikelemente kann mithilfe von der Vorsatzoptik ein besonders homogener Leuchteindruck erzielt werden, der sich beispielsweise durch Verringern von Einschnürungen der Gesamtlichtaustrittsfläche ergibt.
  • Um einen Leuchteindruck eines länglich ausgedehnten Streifens einer im Wesentlichen konstanten Dicke zu erreichen, kann es zweckdienlich sein, wenn die Mantelfläche eine Anzahl von Bereichen aufweist, die jeweils einem Bereich der Mantelfläche eines nächsten Nachbarn zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete Bereiche aneinanderliegen und einander entsprechende Flächenverläufe aufweisen. Dadurch können die durch das Aneinanderreihen der Optikelemente entstehenden Einschnürungen einer beispielsweise verzweigten Gesamtlichtaustrittsfläche verringert und ein besserer Leuchteindruck gewonnen werden.
  • In Bezug auf ein lückenloses aneinanderreihen der Optikelemente kann es zweckdienlich sein, wenn die Mantelfläche eine Anzahl von Bereichen aufweist, die jeweils einem Bereich der Mantelfläche eines nächsten Nachbarn zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete, aneinanderliegende Bereiche kongruent zueinander ausgebildet sind.
  • Bei einer in der Praxis bewährten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Abschnitt bogenförmig ausgebildet ist. Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine bogenförmige Abschnitt nach Innen der Lichtaustrittsfläche, d.h. in Richtung Lichtaustrittsflächeninnere, gewölbt ist. Bei einem bogenförmigen Abschnitt der Begrenzungslinie der Lichtaustrittsfläche kann das Optikelement an seinem nächsten Nachbar beispielsweise um eine Achse verschwenkbar/rotierbar anliegen. Dabei kann dem in Richtung Lichtaustrittsflächeninnere gewölbten bogenförmigen Abschnitt des Optikelements ein in Richtung Lichtaustrittsflächenäußere gewölbter bogenförmiger Abschnitt des nächsten Nachbarn zugeordnet sein und diesem entsprechen. Besonders vorteilhaft dabei ist, wenn der bogenförmige Abschnitt zum Beispiel als ein Kreisbogen ausgebildet ist. In diesem Fall kann der Radius des Kreises derart ausgewählt werden, dass das Optikelement und der entsprechende nächste Nachbar um eine durch die Mitte des Kreises senkrecht zur Kreisfläche verlaufende Achse zueinander verschwenkbar und/oder rotierbar angeordnet sind. Dabei verläuft die Achse zu den optischen Achsen beider Optikelemente im Wesentlichen parallel. Dies hat beispielsweise zum Vorteil, dass bei einer Kette von aneinandergereihten/aneinandergefügten Optikelementen der Verlauf dieser Kette beinah beliebig verändert werden kann. Mutatis mutandis würde dies bei einem herkömmlichen Lichtleiter einer Biegung des Lichtleiters entsprechen und führt oftmals zu unerwünschten Effekten wie Lichtverluste und/oder -streuung. Diese Effekte treten hier nicht auf, da eine Rotation der Optikelemente zueinander die Lichtausbreitungsrichtung nicht beeinflusst: das Licht breitet sich, wie oben bereits erwähnt, im Wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Fläche der Lichtaustrittsflächen aus, in welcher eine Formänderung (beispielsweise Biegung) einer Anordnung (beispielsweise Kette) der aneinandergereihten Optikelemente durch beispielsweise eben beschriebene Rotation erfolgen kann, und ist deshalb von der Formänderung entkoppelt.
  • Darüber hinaus ist es denkbar, dass zumindest ein Abschnitt als eine Gerade ausgebildet ist. Das Aneinanderreihen der als eine Gerade ausgebildeten Abschnitte erbringt zum Beispiel den Vorteil, dass die Einschnürungen einer beispielsweise geradlinig ausgerichteten Gesamtlichtaustrittsfläche verringert werden und dadurch ein homogenerer Leuchteindruck (eines beispielsweise geradlinig ausgerichteten Streifens) erzielt werden.
  • Hinsichtlich der Herstellung der Optikelemente kann es vorteilhaft sein, wenn alle Optikelemente im Wesentlichen gleich ausgebildet sind. Auf diese Weise können alle Optikelemente beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren unter Verwendung eines einzigen Werkzeugs hergestellt werden.
  • In Hinblick auf den baumraumtechnischen Aspekt kann es zweckdienlich sein, wenn die aneinandergereihten Optikelemente eine Kette bilden, wobei jedes Optikelement hinsichtlich seiner benachbarten Optikelemente unter vorgegebenen Winkeln steht. Denkbar ist es, dass jedes Optikelement zu jedem seiner Nachbar-Optikelemente unter einem anderen Winkel steht.
  • Hinsichtlich der Größe der Vorsatzoptik-Lichtaustrittsfläche, d.h. der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche aller Optikelemente, kann es vorteilhaft sein, wenn die Kette verzweigt ist.
  • Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Kette zumindest eine Schleife aufweist.
  • Um mit der Vorsatzoptik beispielsweise ein Kraftfahrzeugscheinwerferlichtmodul umranden zu können, kann es opportun sein, wenn die Kette ringförmig, insbesondere O-förmig, geschlossen ist.
  • Bei einer in der Praxis bewährten Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass die Optikelemente als TIR-Linsen (Abkürzung für engl. Total Internal Reflection), vorzugsweise als (um die optische Achse der Linse) rotationssymmetrische TIR-Linsen, ausgebildet sind.
  • Mit TIR-Linsen lässt sich ein im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse der Linse gerichteter Lichtstrahl erzeugen und die Homogenität des abgestrahlten Lichts noch weiter erhöhen.
  • Darüber hinaus kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Mantelflächen eine Mehrzahl von Polsteroptiken aufweisen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Teil der Polsteroptiken an jeweils einer einem nächsten Nachbarn zugewandten Seite der Mantelflächen angeordnet ist.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Polsteroptik ein optisches Element, beispielsweise eine Linse, verstanden, die wesentlich kleinere charakteristische Größe als die charakteristische Größe des Optikelements aufweist und dazu eingerichtet sein kann, das beispielsweise durch einen Durchstritt und/oder eine Streuung an der Mantelfläche und/oder eine Transmission durch die Mantelfläche erzeugte Fehllicht, d.h. das sich nicht parallel zu der optischen Achse des Optikelements ausbreitende Licht, im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse zu lenken. Solche Polsteroptiken können beispielsweise als kleine Erhebungen an der Mantelfläche und aus demselben Material, das vorzugsweise optisch dichter als Luft ist, wie das entsprechende optische Element ausgebildet sein.
  • Durch das Anbringen der Polsteroptiken kann zwischen den aneinanderliegenden Optikelementen der Vorsatzoptik ein im Vergleich mit der Größe des Optikelements kleiner Luftspalt entstehen. Hinsichtlich der Verkleinerung dieses Luftspalts kann es zweckdienlich sein, wenn der zumindest eine Teil der Polsteroptiken die Mantelfläche des nächsten Nachbarn berührt.
  • Um die Größe der Vorsatzoptik zu verringern, kann es opportun sein, wenn die Optikelemente einander berührend aneinandergereiht sind.
  • Bei einer in der Praxis bewährten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die aneinandergereihten Optikelemente voneinander beabstandet sind.
  • Eine kleine (im Vergleich zu der charakteristischen Größe des Optikelements) Beabstandung der Optikelemente, d.h. dass sich die Optikelemente nicht berühren, der Vorsatzoptik bringt den Vorteil, dass es beim Einsetzten der Vorsatzoptik in einer mechanisch beweglichen Umgebung, wie zum Beispiel in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer, zu keinem Verschleiß und zu keiner Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften der einzelnen Optikelementen beispielsweise durch Reibung und/oder gegenseitiges Stoßen kommt.
  • Hinsichtlich der Stabilität der Vorsatzoptik, kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen den aneinandergereihten Optikelementen eine Kleberschicht vorgesehen ist, welche Kleberschicht jedes Optikelement mit seinen nächsten Nachbarn verbindet.
  • Die oben genannte Aufgabe wird außerdem mit einem Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Wesentlichen das gesamte von der zumindest einen Lichtquelle erzeugte Licht durch die Lichteintrittsbereiche in die Vorsatzoptik eintritt und, vorzugsweise im Wesentlichen ohne Verluste, aus den Lichtaustrittsbereichen aus der Vorsatzoptik austritt.
  • Dabei ist der Begriff Lichtquelle nicht zu eng auszulegen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Lichtquelle eine oder mehrere Einrichtungen oder Vorrichtungen verstanden, die Licht zur Verfügung stellen kann/können, welches auf die erfindungsgemäße Vorsatzoptik eintreffen kann. Eine solche Lichtquelle kann beispielsweise umfassen: sowohl primär leuchtende Elemente, wie z.B. Glühbirnen, LEDs, OLEDs, Laserlichtquellen als auch sekundär leuchtende Elemente, wie z.B. Lichtkonversionsmittel, Lichtumlenkelemente, wie z. B. Spiegel, (steuerbare) Mikrospiegelarrays, Prismen, lichtstrahlformende Elemente, wie z.B. Glasfaser, Blenden, und Lichtabbildungselemente, wie z.B. eine Linsen-Einrichtung. Eine solche "Lichtquelle" wird als eine Lichtquelle seitens der Vorsatzoptik gesehen: sie stellt der Vorsatzoptik Licht zur Verfügung, welches die Vorsatzoptik abbildet.
  • Darüber hinaus kann in Bezug auf die Homogenität des vom Lichtmodul abgestrahlten Lichts vorteilhaft sein, wenn das aus der Vorsatzoptik austretendes Licht als ein im Wesentlichen parallel zueinander gerichtete Lichtstrahlen umfassendes, d.h. eine kleine Étendue aufweisendes, Lichtbündel ausgebildet ist.
  • Bei einer in der Praxis bewährten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle als eine LED ausgebildet ist.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Lichtmodul eine Mehrzahl von Lichtquellen umfasst, wobei eine Lichtquellenanzahl größer als eine Optikelementenanzahl oder gleich einer Optikelementenanzahl ist und jedem Optikelement zumindest zwei, vorzugsweise drei, insbesondere mehr als drei, Lichtquellen zugeordnet sind oder genau eine Lichtquelle zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können die Lichtquellen, beispielsweise LEDs, sehr nah an den Lichteintrittsflächen der Optikelemente, beispielsweise TIR-Linsen, angeordnet sein. Dabei kann im Wesentlichen ganzes Licht jeder einzelnen Lichtquelle in das dazugehörige Optikelement eingespeist werden. Dadurch können zum Beispiel die Lichtverluste (Lichtübertragungsverluste) reduziert bzw. klein gehalten werden. Bei einer Ausführungsform, bei der die Lichtquellenanzahl beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Optikelementenanzahl ist, wobei jedem Optikelement beispielsweise die gleiche Anzahl der Lichtquellen zugeordnet ist, können die einem Optikelement zugeordneten Lichtquellen getrennt ansteuerbar sein und Licht in verschiedenen Farben abstrahlen. Auf diese Art können unterschiedliche Lichtfunktionen wie Fahrtrichtungsanzeiger und Tagfahrlicht in einem (und demselben) Lichtmodul realisiert werden.
  • Besonders in Hinblick auf die Kraftfahrzeugbeleuchtung kann es zweckmäßig sein, wenn das Lichtmodul als ein Signallichtmodul ausgebildet ist.
  • Außerdem wird die oben genannte Aufgabe mit einem Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik und/oder mir einem erfindungsgemäßen Lichtmodul gelöst.
  • Die oben genannten vorteilhaften Ausführungsformen können selbstverständlich getrennt oder in einer Kombination auftreten. Kombinationen von den oben genannten Ausführungsformen gehören zur Routine eines Fachmanns, können ohne sein erfinderisches Zutun realisiert werden und gehören deshalb zu der Offenbarung dieses Schriftstücks.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen, die nicht einschränkend auszulegen sind, näher erläutert, die in einer Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt:
    • Fig. 1
    eine Vorsatzoptik in perspektivischer Ansicht,
    Fig. 2
    eine Vorderansicht der Vorsatzoptik aus Fig. 1,
    Fig. 3(a)
    und (b) TIR-Linsen mit unterschiedlichen Lichteintritt und -austrittsbereichen,
    Fig. 4
    eine Vorsatzoptik mit einer verzweigten Leuchtfläche,
    Fig. 5
    einen Kraftfahrzeugscheinwerfer,
    Fig. 6(a) - (d)
    TIR-Linsen mit planen Mantelflächenbereichen,
    Fig. 7
    eine aus TIR-Linsen der Figuren 4(a) bis Fig. 4(d) gebildete Vorsatzoptik, und
    Fig. 8
    zwei benachbarte TIR-Linsen mit Polsteroptiken.
  • Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt eine Vorsatzoptik 1, die einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik entsprechen kann. Die Vorsatzoptik 1 ist als kettenweise aneinandergefügte (lückenlos aneinandergereihte) TIR-Optiken (TIR-Linsen) 2, welche lichtleitenden Optikelementen entsprechen können, ausgebildet. Die TIR-Linsen 2 sind kongruent zueinander ausgebildet, weisen eine charakteristische Größe von 10 bis 20 mm auf und können beispielsweise in einem Spritzgussverfahren mit einem einzigen Werkzeug hergestellt werden. Dabei können auch TIR-Linsen verwendet werden, die sich in Größe und Form unterscheiden. Darüber hinaus ist eine Verwendung anderer lichtleitender Optikelemente, wie zum Beispiel Lichtleiterfasern, -röhre, -stäbe oder ähnliche, denkbar. Jeder TIR-Linse 2 weist einen Lichteintrittsbereich 3, einen dem Lichteintrittsbereich gegenüberliegenden Lichtaustrittsbereich 4 und eine den Lichteintrittsbereich 3 mit dem Lichtaustrittsbereich 4 verbindende Mantelfläche 5. Der Lichtaustrittsbereich 4 ist jeweils einer Lichtaustrittsfläche 6 zugeordnet. Bei den in Fig. 1 gezeigten TIR-Linsen 2 stimmen ihre Lichtaustrittsbereiche und Lichtaustrittsflächen überein. Die Lichtaustrittsflächen aller TIR-Linsen bilden eine Gesamtlichtaustrittsfläche 60, welche in einer Fläche F liegt und als ein linear ausgedehntes, längliches Einschnürungen 61 aufweisendes Band ausgebildet ist (siehe auch Fig. 2). Dabei können die Lichtaustrittsflächen 6 und die Fläche F plan oder leicht gekrümmt ausgebildet sein. Unter leicht gekrümmt ist zu verstehen, dass die Fläche F eine im Vergleicht zu der charakteristischen Größe der TIR-Linsen geringe Krümmung aufweist. Bei anderen TIR-Linsentypen findet eine solche Übereinstimmung nicht statt (vgl. Fig. 3(a) und Fig. 3(b)), da, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, die Form des Lichtaustrittsbereichs beispielsweise an die Form des Lichteintrittsbereichs angepasst werden kann (siehe z.B. Jin-Jia Chen, Chin-Tang Lin "Freeform surface design for a light-emitting diode-based collimating lens", Optical Engineering 49 (9), 093001 (September 2010) und Donglin Ma, Zexin Feng, and Rongguang Liang "Freeform illumination lens design using composite ray mapping", Applied Optics Vol. 54, No. 3, 20 January 2015). Die Lichtaustrittsfläche 6 ist durch eine umlaufende, beispielsweise sichelförmige (wie gezeigt), Begrenzungslinie 7 begrenzt und grenzt an diese Begrenzungslinie 7 den Lichtaustrittsbereich 4 an.
  • Die Mantelflächen 5 der TIR-Linsen 2 sind paraboloidförmig ausgebildet. Andersartig ausgebildete Mantelflächen der TIR-Linsen sind durchaus vorstellbar. Zum Beispiel können die Mantelflächen Facetten aufweisen, wobei jede Facette einen paraboloiden Verlauf aufweisen kann. Dabei kann bei jeder Mantelfläche 5 eine oder mehr Ausnehmungen 8 vorgesehen sein, welche vorzugsweise dem, beispielsweise paraboloiden, Flächenverlauf der Mantelfläche 5 entspricht/entsprechen. Diese Ausnehmung(en) 8 entspricht/entsprechen den Bereichen, die jeweils einem Bereich der Mantelfläche eines nächsten Nachbarn 5a zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete Bereiche aneinanderliegen und einander entsprechende Flächenverläufe aufweisen können. Auf diese Weise können die TIR-Linsen derart aneinandergereiht werden, dass die Ausnehmungen 8 die entsprechenden Mantelflächenbereiche 5a berühren und an diesen vorzugsweise im Wesentlichen lückenlos/ dicht anliegen. Die Ausnehmung 8 erstreckt sich von der Mantelfläche 5 bis zu dem Lichtaustrittsbereich 4, wobei sie einen gemeinsamen Begrenzungslinienabschnitt 7b mit der Begrenzungslinie 7 der Lichtaustrittsfläche 6 aufweist. Wie Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, weist jede TIR-Linse 2 in der dargestellten Kettenanordnung zwei nächste Nachbarn auf. Dementsprechend weist jede Begrenzungslinie 7 zwei Abschnitte 7a, 7b auf, die jeweils einem Abschnitt der Begrenzungslinie 7 eines nächsten Nachbarn zugeordnet ist. Dabei liegen die einander zugeordneten Abschnitte 7a, 7b aneinander und weisen einander entsprechende Kurvenverläufe auf. An dieser Stelle muss angemerkt sein, dass jede TIR-Linse und auch jedes Optikelement eine beliebige Anzahl (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, usw.) an nächsten Nachbarn aufweisen kann, dabei ist jedem nächsten Nachbar ein Abschnitt der Begrenzungslinie 7 zugeordnet. Dadurch lassen sich beinah beliebig verzweigte Ketten (Ketten mit Schleifen, Ringe, Ellipsen usw.) realisieren. Bei den in Fig. 2 gezeigten nächsten Nachbarn 2a, 2b ist der Abschnitt 7b von der Begrenzungslinie der Lichtaustrittsfläche der TIR-Linse 2a dem Abschnitt 7a zugeordnet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Abschnitte 7a, 7b kongruent zueinander ausgebildet sind, sodass sie deckungsgleich aneinandergelegt werden können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abschnitte 7a, 7b derart ausgebildet sind, dass die nächsten Nachbarn um eine zu der Fläche F im Wesentlichen senkrecht verlaufende Achse verschwenkbar, insbesondere rotierbar, angeordnet sind. Fig. 2 zeigt kreisbogenförmige Abschnitte 7a, 7b, wobei diese den gleichen Krümmungsradius aufweisen, der dem Radius R des Lichtaustrittsbereichs einer TIR-Linse (ohne Ausnehmung in der Mantelfläche) im Wesentlichen gleich ist. In diesem Fall ist die TIR-Linse 2b bezüglich der benachbarten TIR-Linse 2a um ihre optische Achse OA rotierbar angeordnet (Fig. 2). Dies hat zum Vorteil, dass der Verlauf der Kette verändert werden kann, ohne eine andere Form der TIR-Linse zu benötigen, was zu einer hohen Flexibilität und einer hohen Anpassungsfähigkeit der Vorsatzoptik führt. Durch eine solche Rotation kann, wenn erwünscht, zum Beispiel der Verlauf der Kette zwischen zwei vorgegebenen Punkten geändert werden. Um beispielsweise den Verlauf der in Fig. 2 gezeigten Kette zwischen den Punkten P1 und P4 zu ändern, um diesen zum Beispiel als einen geraden Abschnitt auszuführen, kann zunächst die TIR-Linse 2d, deren optische Achse durch den Punkt P2 verläuft, im Gegenuhrzeigersinn um ihre optische Achse um einen Winkel α2 rotiert und anschließend die TIR-Linse 2e im Gegenuhrzeigersinn um ihre optische Achse um einen weiteren Winkel α1 rotiert werden. Durch Rotation um verschiedene Winkel α1, ... , α n können beinah beliebig verlaufende Ketten gebildet werden. Dadurch kann eine Vorsatzoptik geschaffen werden, die eine beinah beliebige Formgebung haben kann und beispielsweise an beinah jede Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfergehäuses angepasst werden kann. Um bei der Vorsatzoptik einen Eindruck von einer fortlaufenden Kette und nicht von einzelnen aneinander gereihten Optikelementen zu schaffen, kann es zweckmäßig sein, wenn der Abstand zwischen den nächsten Nachbarn den Wert von zwei charakteristischen Größen der Lichtaustrittsfläche des Optikelements nicht übersteigt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform liegt der Abstand D in einem Bereich zwischen einem Radius und einem Durchmesser der Lichtaustrittsfläche der TIR-Linse (wenn die TIR-Linse keine Ausnehmung aufweist).
  • Fig. 3(a) und (b) zeigen zwei von vielen TIR-Linsen nach dem Stand der Technik, die unterschiedliche Lichteintritts- 3 und Lichtaustrittsbereiche 4 aufweisen. Dem Stand der Technik ist zu entnehmen, dass die Form des Lichteintritts- mit der Form des Lichtaustrittsbereichs zusammenhängt. So zeigt zum Beispiel Fig. 3 (b) eine herkömmliche TIR-Linse 2' bei der die Form des Lichtaustrittsbereichs 4' anhand der runden Form des Lichteintrittsbereichs 3' und der Bedingung, dass aus der TIR-Linse 2' austretende Lichtstrahlen parallel zu der optischen Achse der TIR-Linse 2' verlaufen, bestimmt wird. Darüber hinaus stellt die TIR-Linse 2' der Fig. 3 (b) ein Beispiel einer TIR-Linse dar, bei der die Lichtaustrittsfläche 6' und der Lichtaustrittsbereich 4' nicht zusammenfallen.
  • Fig. 4 zeigt eine Vorsatzoptik 1' mit einer verzweigten Gesamtlichtaustrittsfläche 60'. Die Vorsatzoptik 1' weist eine Mehrzahl an TIR-Linsen 2 auf, wobei eine TIR-Linse 2" drei nächste Nachbarn aufweist und zur Realisierung einer Abzweigung dient. Dabei sei es angemerkt, dass alle TIR-Linsen der Vorsatzoptik 1' gleich ausgebildet sind. Dies ist auch bei der Vorsatzoptik 1 der Fig. 1 und Fig. 2 der Fall. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass eine Vorsatzoptik gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Zweige aufweist. Unter Verwendung von den TIR-Linsen 2 lassen sich verschiedenförmige Vorsatzoptiken (z.B. in sich geschlossene, eine oder mehr Schleifen aufweisende usw.) kreieren. Durch die verzweigte Gesamtlichtaustrittsfläche 60' wird bei einem Einsatz der Vorsatzoptik 1' beispielsweise in einem Kraftfahrzeugscheinwerferlichtmodul eine ebenfalls verzweigte Leuchtfläche erreicht.
  • Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel eines Kraftfahrzeugscheinwerfers 100, welches zumindest ein Lichtmodul 101 aufweist. Das Lichtmodul weist eine Mehrzahl von beispielsweise an einer Leiterplatte 102 angeordneten LEDs 103, welche der zumindest einen Lichtquelle entsprechen können. Dabei können die LEDs mit anderen Lichtquellen ersetzt werden. Es ist durchaus denkbar, dass statt LEDs OLEDs oder mit Laserlicht beleuchtete Lichtkonversionsmittel verwendet werden. Das von LEDs erzeugte Licht wird in eine Vorsatzoptik 1" eingekoppelt. Dabei kann die Vorsatzoptik 1" als eine der oben genannten Vorsatzoptiken 1,1' der Fig. 1 bzw. der Fig. 4 ausgebildet sein oder einer anderen der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik entsprechenden Vorsatzoptik entsprechen. Bei einem gleichzeitigen Einschalten der LEDs 103 wird eine S-förmig verlaufende Leuchtfläche erzeugt, die der Form der Gesamtlichtaustrittsfläche 60" entspricht, wobei die Gesamtlichtaustrittsfläche 60" aus den Lichtaustrittsflächen 6 der einzelnen als TIR-Linsen 2 ausgebildeten Optikelemente gebildet ist. Es ist anzumerken, dass bei einem nichtgleichzeitigen Einschalten der LEDs verschiedene Leuchtszenarien verwirklicht werden können, die beispielsweise bei Signallichtmodulen ihre Anwendung finden.
  • Fig. 6(a) bis Fig. 6(d) zeigen TIR-Linsen, deren Mantelflächen je zwei im Wesentlichen planen zu der optischen Achse der TIR-Linse OA im Wesentlichen parallel verlaufenden Bereiche 10a, 10b aufweisen. Dementsprechend weisen die Begrenzungslinien 7 der Lichtaustrittsflächen dieser TIR-Linsen ebenfalls zwei geradlinigen Abschnitte 7c, 7d auf. Wie bereits oben dargelegt, ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Abschnitte der Anzahl der nächsten Nachbarn entspricht und diese Abschnitte derart ausgebildet sind, dass sie den entsprechenden Abschnitten der nächsten Nachbarn zugeordnet werden können. Die Abschnitte 7c, 7d können zueinander parallel verlaufen. In diesem Fall lässt sich sehr schnell eine als eine geradlinig verlaufende Kette ausgebildete Vorsatzoptik bilden, mit welcher einen Eindruck eines leuchtenden Streifens besonders günstig geschaffen werden kann. Alternativ können die geradlinigen Abschnitte 7c, 7d schräg zueinander verlaufen und Teile der entsprechenden Schenkel eines Winkels β1, β2 sein (Fig. 6(c) und Fig. 6(d)). Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Vorsatzoptik 1', welche eine Mehrzahl von TIR-Linsen 2' mit den Begrenzungslinien, die jeweils zwei geradlinige Abschnitte 7c, 7d aufweisen, welche Abschnitte 7c, 7d unter einem Winkel β1, β2 zueinander (als Teile der entsprechenden Schenkel des Winkels) angeordnet sind. Der Fig. 7 kann des Weiteren entnommen werden, dass aus gleich ausgebildeten TIR-Linsen 2a', deren Mantelflächen plane Bereiche aufweisen, und deren Begrenzungslinien jeweils zwei geradlinige zueinander nicht parallel verlaufende Abschnitte 7c, 7d aufweisen, welche unter dem gleichen Winkel, z.B. unter dem Winkel β1, zueinander stehen, besonders günstig eine ringförmige, O-förmige, Vorsatzoptik gebildet werden kann. Es versteht sich, dass zum Bilden einer Vorsatzoptik unterschiedlich ausgebildete TIR-Linsen 2a', 2b' verwendet werden können. Das heißt, es ist durchaus denkbar, dass geradlinige, schräg zueinander verlaufende Abschnitte einer jeden TIR-Linse in der Vorsatzoptik unter einem vorgegebenen Winkel β1, β2 zueinander stehen und dieser Winkel von TIR-Linse zu TIR-Linse variiert. Auf diese Weise können beinah beliebig verlaufende Ketten gebildet werden, wenn mehrere TIR-Linsen mit unterschiedlichen Winkeln β1, ..., β n verwendet werden. Dadurch kann eine Vorsatzoptik geschaffen werden, die eine beinah beliebige Formgebung haben kann und beispielsweise an beinah jede Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfergehäuses angepasst werden kann.
  • Fig. 8 zeigt zwei benachbarten TIR-Linsen 2c, 2d, wobei eine TIR-Linse 2c eine Mehrzahl von Polsteroptiken 11 aufweisende Ausnehmung 8 an der Mantelfläche umfasst. Der TIR-Linse 2c ist eine LED 103' zugeordnet, die der zumindest einen Lichtquelle entsprechen kann. Die Polsteroptiken 11 können zum Beispiel dazu eingerichtet sein, das aus der Vorsatzoptik austretende Licht parallel zu richten und um Streulicht/Fehllicht 12 zu vermeiden. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Polsteroptiken 11 in einem Bereich der Ausnehmung 8 angeordnet sind, der in eine der optischen Achse der TIR-Linse parallele Richtung gesehen nicht von der Mantelfläche der benachbarten TIR-Linse bedeckt ist. In diesem Fall können die mithilfe von den Polsteroptiken 11 parallel zu der optischen Achse gerichteten Lichtstrahlen 13 aus der Vorsatzoptik austreten, ohne eine Brechung und/oder Reflexion an einer weiteren Fläche zu erfahren. Dabei sind liegen die TIR-Linsen 2c und 2d beabstandet aneinander, wodurch der Verschleiß der TIR-Linsen reduziert wird.
  • Im Allgemeinen kann es bei einem Aneinanderreihen der Optikelemente (beispielsweise TIR-Linsen) vorgesehen sein, dass die Optikelemente beabstandet aneinandergereiht oder einander berührend aneinandergereiht sind. Bei den beabstandeten Optikelementen ist es vorteilhaft, dass der Abstand im Vergleich zu der charakteristischen Größe, zum Beispiel zu dem Durchmesser der Lichtaustrittsfläche, der Optikelemente klein gehalten wird. Dabei werden die einzelnen Optikelemente der Vorsatzoptik nicht als solche erkannt, die Vorsatzoptik wird als Ganzes wahrgenommen und es entsteht ein homogener Leuchteindruck einer beispielsweise verzweigten Leuchtfläche.

Claims (15)

  1. Vorsatzoptik (1) für eine Lichtquelle zum Erzeugen einer verzweigten Leuchtfläche, welche Vorsatzoptik (1) zumindest eine Mehrzahl lichtleitender Optikelemente (2) umfasst, wobei jedes lichtleitende Optikelement (2)
    * einen Lichteintrittsbereich (3),
    * einen Lichtaustrittsbereich (4) und
    * eine Mantelfläche (5) aufweist, wobei
    - die Mantelfläche (5) den Lichteintrittsbereich (3) und den Lichtaustrittsbereich (4) verbindet,
    - der Lichtaustrittsbereich (4) dem Lichteintrittsbereich (3) gegenüberliegt und einer Lichtaustrittsfläche (6) zugeordnet ist, welche Lichtaustrittsfläche (6) durch eine umlaufende Begrenzungslinie (7) begrenzt ist, wobei die Begrenzungslinie (7) an den Lichtaustrittsbereich (4) angrenzt, und
    - die Optikelemente (2) derart aneinandergereiht sind, dass die Lichtaustrittsflächen (6) aller Optikelemente (2) in einer gemeinsamen im Wesentlichen planen Fläche (F) liegen, wobei jedes Optikelement (2) eine Anzahl von nächsten Nachbarn aufweist und seine Begrenzungslinie (7) eine Anzahl von Abschnitten (7a, 7b) aufweist, die jeweils einem Abschnitt der Begrenzungslinie eines nächsten Nachbarn zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete Abschnitte (7a, 7b) aneinanderliegen und einander entsprechende Kurvenverläufe aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergereihten Optikelemente eine Kette bilden, wobei jedes Optikelement (2d, 2a') hinsichtlich seiner benachbarten Optikelemente (2c, 2e; 2a', 2b') unter vorgegebenen Winkeln (α1, α2; β 1, β2) steht.
  2. Vorsatzoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugeordneten, aneinanderliegenden Abschnitte (7a, 7b) kongruent zueinander ausgebildet sind.
  3. Vorsatzoptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (5) eine Anzahl von Bereichen (8) aufweist, die jeweils einem Bereich der Mantelfläche (5a) eines nächsten Nachbarn zugeordnet sind, wobei einander zugeordnete Bereiche aneinanderliegen und einander entsprechende Flächenverläufe aufweisen, vorzugsweise kongruent zueinander ausgebildet sind.
  4. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt (7a, 7b) bogenförmig ausgebildet ist und vorzugsweise dabei nach innen der Lichtaustrittsfläche gewölbt ist.
  5. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt als Gerade (7c, 7d) ausgebildet ist.
  6. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Optikelemente kongruent zueinander ausgebildet sind.
  7. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette verzweigt ist und/oder zumindest eine Schleife aufweist oder ringförmig, insbesondere O-förmig, geschlossen ist.
  8. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente als TIR-Linsen, vorzugsweise als rotationssymmetrische TIR-Linsen, ausgebildet sind.
  9. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelflächen eine Mehrzahl von Polsteroptiken (11) aufweisen, wobei vorzugsweise zumindest ein Teil der Polsteroptiken (11) an jeweils einer einem nächsten Nachbarn zugewandten Seite der Mantelflächen (8) angeordnet ist und beispielsweise die Mantelfläche des nächsten Nachbarn berührt.
  10. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente (2) einander berührend aneinandergereiht sind oder voneinander beabstandet sind.
  11. Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den aneinandergereihten Optikelementen (2) eine Kleberschicht vorgesehen ist, welche Kleberschicht jedes Optikelement mit seinen nächsten Nachbarn verbindet.
  12. Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer umfassend zumindest eine Lichtquelle, beispielsweise LED-Lichtquelle, und eine der zumindest einer Lichtquelle zugeordnete Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Lichtmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen das gesamte von der zumindest einen Lichtquelle erzeugte Licht durch die Lichteintrittsbereiche in die Vorsatzoptik eintritt und, vorzugsweise im Wesentlichen ohne Verluste, aus den Lichtaustrittsbereichen aus der Vorsatzoptik austritt, wobei vorzugsweise aus der Vorsatzoptik austretendes Licht als ein im Wesentlichen parallel zueinander gerichtete Lichtstrahlen umfassendes Lichtbündel ausgebildet ist.
  14. Lichtmodul nach Anspruch 12 oder Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.13Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden., dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul eine Mehrzahl von Lichtquellen, beispielsweise LED-Lichtquellen, umfasst, wobei eine Lichtquellenanzahl größer als eine Optikelementenanzahl oder gleich einer Optikelementenanzahl ist und jedem Optikelement zumindest zwei, vorzugsweise drei, insbesondere mehr als drei, Lichtquellen zugeordnet sind oder genau eine Lichtquelle zugeordnet ist, und wobei das Lichtmodul vorzugsweise als ein Signallichtmodul ausgebildet ist.
  15. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Vorsatzoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit zumindest einem Lichtmodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14.
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