WO2018054986A1 - Leuchteinrichtung für ein fahrzeug - Google Patents
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- F21S41/33—Multi-surface reflectors, e.g. reflectors with facets or reflectors with portions of different curvature
Definitions
- the present application relates to lighting devices for vehicles, such as lights, taillights, brake lights or turn signals insertable lighting devices.
- used light sources such as light emitting diodes, white light diodes, laser diodes or laser light excited phosphor targets offer due to their spectral properties and compared to conventional incandescent lamps significantly improved Kollimalseigenschaften an extension of the application potential of such light sources, on the other hand they require but also adapted optical concepts to meet, for example, requirements of the legislation for lighting equipment in vehicles.
- the cut-off line would be too sharp for such light sources, so that, for example, a different type of light source must be required for the dipped beam.
- taillights increasingly used light emitting diodes, in particular red
- Scattering structures used to realize desired lighting devices are, for example, from FR 2 995 978, US Pat. No. 9,091,407 B1, EP 07 020 676 A1, EP 2 336 632 A1, WO 201 1/1 13937 A1 , US 2013/0010487 A1, or US 2014/0085916 A1.
- Light emitting diode rear lights of a vehicle known from such publications show a 3D effect by multiple reflection in a mirror system comprising a partially transparent mirror and a mirror with substantially 100% reflection.
- a light source used comprises a compilation of various
- Light-emitting diodes in a compact housing The shape of this housing provides an optical shape that is reflected several times.
- An example of such a conventional device is shown in Figs. 1, 2A and 2B.
- Fig. 1 is a cross-sectional view of a lighting device 10 is shown, which as
- the lighting device 10 comprises in a housing 12 rectangular arranged light-emitting diodes 13, which a
- Light emission structure 14 is associated with the directed light output in the form of a rectangle.
- the lighting device 10 comprises a substantially 100% reflective mirror 15 and a partially reflecting mirror 16.
- exemplary light beams 17 the light emitted from the light emitting diodes 13 is reflected several times, so that light corresponding to the shape of the light emitter 14 through the partially reflecting mirror 16 is issued several times.
- Figures 2A and 2B illustrate the effect achievable thereby for two
- Fig. 2A the lighting device 10 is viewed as symbolized by an eye 22 centered.
- eye 22 Here are as light signatures 20 more
- the lighting device is a real housing with a certain extent.
- multiple light sources such as LEDs (for example, about 30 light-emitting diodes) is required to generate a continuous rectangular shape.
- the light intensity within each rectangle is uniformly bright. A modulation of the light intensity within a single rectangle or another form can be produced only with great effort.
- Boundary conditions such as contemplation-dependent luminous signatures, luminous signatures with a certain intensity distribution and defined projection plane or complex illumination structures under a boundary condition stronger
- a lighting device comprising: a light source, and a refractive diffuser for generating a light signature based on light from the light source.
- the refractive diffuser can be a refractive diffuser with achromatic properties.
- a refractive diffuser By using a refractive diffuser, a large design freedom for the lighting device can be achieved with a relatively small space.
- a refractive indicates In contrast to diffractive diffusers, diffuses no zeroth diffraction order, which avoids the occurrence of undesirable light effects due to the zeroth diffraction order.
- a refractive diffuser is a per se known component which has refractive properties on a surface.
- Refractive diffusers are understood to mean diffusers with smooth surface profile shapes that contain no discontinuities and whose properties are dominated by the refraction of light.
- Such diffusers have a wave-optically calculated, “smooth" "freeform surface” with statistical
- Refractive diffusers with achromatic properties are therefore described in this publication. These avoid due to their special surface structure, the occurrence of a zeroth diffraction order and have in addition to their achromatic properties, a high efficiency and are therefore well suited for lighting devices for vehicles.
- a luminous signature is the perceived manifestation of the light to understand in the operation of the lighting device, which may in particular have a geometrically defined light distribution.
- the light source may be, for example, a light emitting diode and / or a laser diode, e.g. in
- the refractive diffuser may be configured to generate the luminous signature with an inhomogeneous intensity distribution. Such intensity distributions result in an additional degree of freedom in the design of luminous signatures.
- the luminous signature may include, for example, a rectangular shape, a cross shape and / or a boomerang shape. But it can also be more complicated forms such as star shapes or
- the refractive diffuser can also be arranged so that the light signature in
- the lighting device may further comprise at least one mirror for deflecting light from the light source.
- light from a light source can in particular be directed several times and / or with a desired focus through the diffuser.
- the refractive diffuser and a mirror of the at least one mirror may be integrally formed as a component. So a cost-effective production is possible.
- the mirror may comprise a first mirror and a partially reflecting second mirror which are arranged to generate a plurality of partial light beams and direct them to the refractive diffuser. In such an arrangement with multiple reflection, in particular several images of the luminous signature can be generated.
- the refractive diffuser may be configured to generate a virtual image of the luminous signature in a plane between the diffuser and the light source or to be configured to generate the virtual image in the plane of the light source.
- a real image can be generated in particular between a luminous outlet surface of the lighting device and a viewer.
- the at least one mirror may also include a concave mirror for condensing light from the light source.
- a concave mirror With a concave mirror, a focal plane or a location of a real image to be generated can be defined.
- the lighting device may e.g. be designed as a tail light or as a headlight.
- the invention can thus be used for different lighting directions of a vehicle.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional lighting device
- FIGS. 2A and 2B show examples of luminous signatures of the luminous device of FIG. 1 in different viewing directions;
- FIG. 3 shows a schematic block diagram of a luminous device according to FIG.
- FIGS. 4A and 4B are illustrations for illustrating schematic refractive diffusers
- FIGS. 5A and 5B show illustrations of a lighting device according to an exemplary embodiment
- FIGS. 5C and 5D show corresponding light signatures
- FIGS. 6A and 6B representations of a lighting device according to another
- FIG. 7 shows an illustration of a lighting device according to a further exemplary embodiment
- FIG. 8 shows an illustration of a lighting device according to a further exemplary embodiment
- FIG. 9 is a representation of a possible luminous signature of the device of Fig. 8,
- FIG. 10 is an illustration of a portion of a refractive diffuser usable in the apparatus of FIG. 8;
- Fig. 1 1 is an illustration of a lighting device according to a further embodiment, and
- 12A-12C is an illustration for explaining luminance signatures depending on a viewing direction.
- FIG. 3 shows a schematic representation of a lighting device 30 according to a
- the lighting device 30 can be used, for example, depending on the precise implementation as a tail light, as a headlight, as a brake light or as a turn signal for a vehicle, but is not limited thereto.
- the lighting device 30 comprises a light source arrangement 32, which may comprise, for example, one or more light-emitting diodes, in particular power light-emitting diodes or also laser light sources in combination with phosphor targets. Furthermore, the light source arrangement 32 may comprise, for example, one or more light-emitting diodes, in particular power light-emitting diodes or also laser light sources in combination with phosphor targets. Furthermore, the light source arrangement 32 may comprise, for example, one or more light-emitting diodes, in particular power light-emitting diodes or also laser light sources in combination with phosphor targets. Furthermore, the light source arrangement 32 may comprise, for example, one or more light-emitting diodes, in particular power light-emitting diodes or also laser light sources in combination with phosphor targets. Furthermore, the light source arrangement 32 may comprise, for example, one or more light-emitting diodes, in particular power light-emitting diodes or also laser light sources in combination with phosphor targets. Furthermore, the
- a refractive diffuser 31 in particular a refractive diffuser with achromatic properties.
- a refractive diffuser with achromatic properties.
- such a diffuser is described, for example, in "Advanced Optical Technologies", Vol 4, No. 1, pages 47- 61.
- beam shaping of the light from the light source arrangement 32 can be achieved This allows for greater freedom in designing a luminous signature of the lighting device 30 than in the conventional approaches mentioned in the introduction
- the mode of operation and the structure of such a refractive diffuser is now under Referring to Figures 4A and 4B and 12A-12C explained. As shown in FIG.
- a diffuser 42 when illuminated with suitable light from a light source 41, a diffuser 42 generates a virtual image 43 which is parallel to a plane of the diffuser 42 in a plane through the light source 41.
- the virtual image may lie in a plane between light source 41 and diffuser 42.
- the diffuser 42 is a refractive diffuser with achromatic properties.
- the virtual image 43 has a cross shape. However, the design of the shape of the virtual image has great freedom, and other shapes may be provided. From an eye 40 of an observer, the virtual image 43 is then perceived.
- FIG. 4B shows an example of a height profile of such a diffuser 42.
- the diffuser 42 has a continuous surface profile which is calculated depending on the desired shape of the image 43. Since a refractive diffuser in the arrangement of Fig. 4A generates a virtual image, the generated light forms may be on the optical axis, ie, the light appears in the center when viewed in the middle.
- those structures of the refractive diffuser 42 are decisive and necessary, which are located in a specific region about the optical axis.
- the optical axis is in this case the connecting line between the eye 40 of the observer and the light source 41.
- the size of the particular region is defined by the maximum deflection angles of the refractive structures in it, namely such that only those structures lie in the specific region the light from the light source 41 are still deflected towards the eye 40.
- the optical axis and thus also this particular region which contains the structures necessary for the generation of the perceived virtual image, shifts.
- these structures of the refractive diffuser 42 consist, for example, of periodically continued unit cells with an identical angular spectrum (ie identical deflection of the beams from the light source to the eye)
- no change of the virtual image occurs when the viewing direction changes, since the particular region of the virtual image
- the structures of the refractive diffuser 42 that are relevant for the respective image generation do not change, but not the angle spectrum of light rays generated by these structures in the particular region and thus not the perceived virtual image.
- the refractive diffuser is configured to change the virtual image with the viewing direction. An example of this is shown in FIGS. 12A to 12C.
- FIGS. 12A to 12C show an arrangement with one
- Refractive diffuser 121 and a light source 122 for three different viewing directions corresponding to three different positions of an eye 120 relative to the refractive diffuser 121.
- the diffuser 121 structures 124A, 124B and 124C
- the structures 124A are in the above-mentioned specific area, i. Light from the light source 122 falling on the structures 124A is deflected towards the eye 120, producing a virtual image in the form of a bar 123A. Light from light source 122 falling on the structures 124B and 124C does not reach the eye 120 in the position shown in Fig. 12A due to the angular characteristic of these structures. In contrast, in the position of the eye 120 of Figure 12B, the structure 124B is in the particular area from which light from the light source 122 is directed to the eye 120, and produces a virtual image in the form of a bar 123B which is significantly longer than the beam 123A of Fig. 12A. Finally, in the position of the eye 120 of Figure 12C, light is directed from the structures 124C to the eye 120, resulting in a virtual image in the form of a bar 123C that is even longer than the bar 123B.
- the virtual image changes, in the example, the length of the bar. But there are also other changes, especially more complex ones
- Changes such as a change in the perceived form of the light signature, such as variable stars, crosses, ring or circle figures.
- the refractive structures are arranged so that changes the angle spectrum generated by them across the surface of the diffuser to the desired to be perceived luminous signatures.
- FIGS. 5A and 5B Shown in FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views of lighting devices based on the conventional lighting device discussed initially with reference to FIGS. 1 and 2.
- the lighting devices of Figures 5A and 5B are cross-sectional views of lighting devices based on the conventional lighting device discussed initially with reference to FIGS. 1 and 2.
- the lighting devices of Figures 5A and 5B are cross-sectional views of lighting devices based on the conventional lighting device discussed initially with reference to FIGS. 1 and 2.
- the lighting devices of Figures 5A and 5B are cross-sectional views of lighting devices based on the conventional lighting device discussed initially with reference to FIGS. 1 and 2.
- Figures 5C and 5D show possible light signatures of the embodiments of Figures 5A and 5B.
- a mirror 53 which at least substantially completely reflects, and a partially transparent mirror 52 are arranged in a housing. Furthermore, the
- Illuminator 56A has a light emitting diode 54A as a light source.
- the light emitting diode 54A may be a power LED having a sufficiently high intensity.
- the light emitting diode 54A is laterally, i. offset to a central axis, arranged.
- a desired shape of the luminous signature for example a rectangle, is not produced by an arrangement of many light emitting diodes as in the prior art of FIG. 1, but by a refractive diffuser 50A which is arranged in the far field desired shape, eg a rectangular shape to produce.
- Fig. 5B shows a modification of the embodiment of Fig. 5A, and like elements have the same reference numerals and will not be explained several times. Rather, only the differences from FIG. 5A are explained.
- a light-emitting diode 54B is arranged centrally.
- a diffuser 50B is provided which, as compared to the diffuser 50A, may be adapted to the changed position of the light-emitting diode 54B and is in turn arranged in the far-field a desired shape, for example a
- FIGS. 5A and 5B the light from the light-emitting diode 54A or 54B is reflected a number of times between the mirrors 52 and 53, the mirror 52 in each case transmitting part of the light. From the respectively decoupled light different rectangles are then "shaped" by the diffuser 50A or 50B in the far field.
- Figures 5C and 5D show examples of resulting luminous signatures.
- the light signature 55A has a plurality of nested rectangles, which are not arranged centrally with respect to one another. Such a signature may result, for example, when viewing the lighting device 56A of FIG. 5A or the lighting device 56B of FIG. 5B.
- Fig. 5D shows a luminous signature 55B centered with each other
- Rectangles as may arise, for example, oblique viewing of the lighting device 56B of FIG. 5B or the lighting device 56A of FIG. 5A.
- Lighting equipment here is the largest form of light, i. E. in the illustrated example, the largest rectangle to be seen in the background by the viewer in a farthest plane while the smallest rectangle appears closest to the viewer. In addition, in contrast to the lighting device of Figures 1 and 2, the smallest rectangle is the brightest.
- This intensity distribution results when using a continuous partially reflecting mirror 52. To distribute the light intensities through the multiple reflections differently, the use of an arrangement with several partially transparent mirrors with a small transmission factor (5% or 10%) or with changing transmission factors is also included other embodiments possible.
- FIGS. 6A and 6B show a lighting device 60, which is largely constructed like the lighting device 56B of FIG. 5B.
- the diffuser 50B of FIG. 5B is replaced by a diffuser 63 which is arranged to generate a boomerang-shaped luminous signature instead of the rectangular luminous signature of the diffuser 50.
- the lighting device 60 has a centrally arranged light source
- a light source may also be arranged at the edge of the lighting device, corresponding to the light source 54A of FIG. 5A.
- Figures 6A and 6B show examples of resulting luminous signatures for two different viewing directions.
- FIG. 6A shows an example of this
- Figure 6B shows the corresponding luminous signature 62B in a lateral or oblique view, as indicated by an eye 61B.
- the basic form of the invention arises here Light signature in different sizes, whereby the basic form in this case is a boomerang.
- the boomerang shape also has a uniformity variation in the example of Fig. 6, ie the shape has bright zones and less bright zones.
- FIG. 7 shows a lighting device 70, which is designed according to the lighting device 56A of FIG. 5A (with a light source arranged at the edge). Instead of the refractive diffuser 50 of FIG. 5A, the
- Lighting device 70 of FIG. 7 on a refractive diffuser 74 which is adapted to produce a cross-shaped luminous signature.
- An example result when viewed straight as indicated by an eye 71 is indicated at 72.
- the smallest cross (shown at 72 on the left) is the brightest in this case and appears in the foreground, while the largest cross (at 72 right) is the darkest and appears to the right.
- 73 denotes a photograph of a corresponding image.
- the diffuser is additionally designed such that the crosses have a light modulation. In particular, in the illustrated example, the crosses appear lighter in the center than at the edge. Others too
- Light modulations are possible. Such light modulations can also be used in other forms, for example, the rectangular shape of FIG. 5 or the
- FIGS. 5 to 7 use a multiple reflection and are particularly suitable for taillights of a vehicle. There are also taillights without multiple reflection, i. without the illustrated mirrors, possible. In this case, a single form of luminous signature, for example, a single
- refractive diffusers can also be used for other types of lighting devices in vehicles.
- lighting devices are shown which are used as headlights or a part thereof,
- Fig. 8 is a schematic representation of a vehicle headlight 80 of a
- the embodiment of FIG. 8 includes a light source 81.
- the light source 81 may, for example, a laser diode combined with a
- a light emitting diode For example, comprise a light emitting diode, a white light LED or a combination of a plurality of such light sources.
- Light from the light source 81 falls on a concave mirror 82, which is arranged to focus light towards a focal point 85 in a projection plane 86.
- the headlight 80 of FIG. 8 additionally has a refractive diffuser 83, which is arranged between the concave mirror 82 and the projection plane 86.
- Refractive diffusers of this type can be produced inexpensively, for example by injection molding techniques.
- the diffuser 83 produces a desired light distribution in the projection plane 86 at the focal point or around the focus. a desired luminous signature of
- Lighting device which as already explained in the preceding embodiments can be selected by appropriate design of the diffuser 83 as desired.
- a rectangular distribution 90 is shown in FIG.
- any other distributions such as triangles, squares, stars or other, even more complex, forms are possible.
- the focal length of the concave mirror 82 may be the
- Projection level 86 and the focus 85 are outside the headlight 80 (as shown) or within the headlight.
- the distance between the diffuser 83 and the projection plane 86 may be between 2 and 10 cm, for example about 5 cm.
- the light signature is generated as a real image, which is located, for example, in the room in front of the lighting device outside the vehicle.
- a diffuser 83 can also be used in the exemplary embodiment of FIG. 9, which is configured such that a change in the viewing direction changes
- FIG. 10 shows a detail of a calculated phase distribution for a refractive diffuser for generating a rectangular signature as shown in FIG. 9.
- Indicated at 100 is a plan view of a portion of the phase distribution of the diffuser, wherein the phase shift is represented in units of 2 ⁇ .
- a graph 101 shows a cross section of the phase distribution along a line 102 in the representation 100. The calculation was for a
- Wavelength of 630 nm and a coherence length of 30 nm performed.
- the phase distribution may differ from implementation to implementation.
- the concave mirror 82 and the diffuser 83 are separate components.
- a diffuser structure may also be provided on a mirror surface.
- concave mirror and diffuser structure can then be manufactured in a single injection molding process.
- Fig. 1 1 shows a headlight 1 10 with a light source 1 1 1, which according to the light source 81 of FIG. 8 may be configured. Furthermore, the headlight 1 10 comprises a concave mirror 1 12, on the reflective
- concave mirror 1 12 forms the light rays, which emanate from the light source, from a focal point 1 14 down.
- Projection level through the focus is then generated by the diffuser 1 13 luminous signature.
- the diffuser 1 13 directly on the surface of the concave mirror 1 12 corresponds to the operation of the embodiment of FIG. 1 1 of the operation of the embodiment of FIG. 8, and the various variations and explanations, which with respect to the embodiment of FIG were made are also applicable to the embodiment of FIG. 1 1.
- the diffuser 50 may be formed on the partially transmissive mirror 52.
- refractive diffusers different types of lighting devices for vehicles, especially tail lights, headlights, but also turn signals, brake lights and the like, are provided with desired luminous signatures, which is a large
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Abstract
Es werden Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge, beispielsweise Frontscheinwerfer oder Rücklichter, bereitgestellt. Mittels eines refraktiven Diffusers (50) kann eine im Wesentlichen beliebige Leuchtsignatur für die Leuchteinrichtung bereitgestellt werden, was eine große Designfreiheit ergibt.
Description
Beschreibung Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug
Die vorliegende Anmeldung betrifft Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge, beispielsweise als Scheinwerfer, Rücklichter, Bremslichter oder Blinker einsetzbare Leuchteinrichtungen.
In modernen Leuchteinrichtungen von Fahrzeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, zum Einsatz kommende Lichtquellen wie beispielsweise Leuchtdioden, Weißlichtleuchtdioden, Laserdioden oder durch Laserlicht angeregte Phosphortargets bieten aufgrund ihrer spektralen Eigenschaften und der im Vergleich zu herkömmlichen Glühemissionslampen deutlich verbesserten Kollimationseigenschaften eine Erweiterung des Anwendungspotentials derartiger Lichtquellen, andererseits erfordern sie aber auch angepasste optische Konzepte, um zum Beispiel Auflagen der Gesetzgebung für Leuchteinrichtungen in Fahrzeugen zu erfüllen.
So ist es beispielsweise durch die Punktlichtquelleneigenschaften der in aktuellen
Frontscheinwerfern verwendeten Systeme aus Laserdioden und Phosphortargets möglich, eine Fahrbahn bis zu 600 Meter weit auszuleuchten. Allerdings würde die Hell-Dunkel-Grenze im Abblendfall bei derartigen Lichtquellen zu scharf ausfallen, sodass für das Abblendlicht beispielsweise eine andere Art von Lichtquelle benötigt werden muss. In Rückleuchten vermehrt zum Einsatz kommende Leuchtdioden, insbesondere rote
Leistungsleuchtdioden, ermöglichen zwar neue Stylingkonzepte, jedoch kann sich die
Abstrahlcharakteristik derartiger Leuchtdioden ungünstig auf die Sichtbarkeit über einen großen Winkelbereich auswirken. Eine Sichtbarkeit über einen gewissen Mindestwinkelbereich wird jedoch gefordert, beispielsweise in der Richtlinie ECE R7.
Gleichzeitig ist ein Trend zu beobachten, dass Fahrzeugleuchten immer stärker als stilistische Mittel eingesetzt werden. Beispielsweise werden charakteristische Leuchtsignaturen bei Fahrzeugrückleuchten eingesetzt. Dabei existieren gleichzeitig immer schärfer definierte Randbedingungen bezüglich Bauraum und Anordnung am Fahrzeug, beispielsweise, um eine Laderaumbreite maximal ausnutzen zu können. Um die in den genannten Beispielen erwähnten Einschränkungen zu umgehen bzw. um die vom Gesetzgeber und die vom Fahrzeugdesign
geforderten Randbedingungen zu erfüllen, sind häufig stark angepasste optische Konzepte notwendig. Klassischerweise werden hier Spiegel, Prismen und makroskopische
Streustrukturen eingesetzt, um gewünschte Leuchteinrichtungen zu realisieren. Beispiele für Leuchteinrichtungen, welche besondere optische Effekte mittels Leuchtdioden erzielen, sind beispielsweise aus der FR 2 995 978, der US 9,091 ,407 B1 , der EP 07 020 676 A1 , der EP 2 336 632 A1 , der WO 201 1/1 13937 A1 , der US 2013/0010487 A1 , oder der US 2014/0085916 A1 bekannt. Aus derartigen Druckschriften bekannte Leuchtdiodenrückleuchten eines Fahrzeugs zeigen einen 3D-Effekt durch Mehrfachreflexion in einem Spiegelsystem, welches einen teildurchlässigen Spiegel und einen Spiegel mit im Wesentlichen 100% Reflexion umfasst. Eine verwendete Lichtquelle umfasst eine Zusammenstellung verschiedener
Leuchtdioden in einem kompakten Gehäuse. Die Form dieses Gehäuses gibt eine optische Form vor, die mehrfach reflektiert wird. Ein Beispiel für eine derartige herkömmliche Vorrichtung ist in den Figuren 1 , 2A und 2B gezeigt.
In Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Leuchteinrichtung 10 dargestellt, welche als
Rückleuchte für ein Kraftfahrzeug dienen kann. Die Leuchteinrichtung 10 umfasst in einem Gehäuse 12 rechteckförmige angeordnete Leuchtdioden 13, welchen eine
Lichtemissionsstruktur 14 zur gerichteten Lichtausgabe in Form eines Rechtecks zugeordnet ist. Zudem umfasst die Leuchteinrichtung 10 einen im Wesentlichen zu 100 % reflektierenden Spiegel 15 und einen teilreflektierenden Spiegel 16. Wie durch Beispiellichtstrahlen 17 dargestellt, wird das von den Leuchtdioden 13 ausgegebene Licht mehrmals reflektiert, sodass Licht entsprechend der Form des Lichtemitters 14 durch den teilreflektierenden Spiegel 16 mehrfach ausgegeben wird.
Die Figuren 2A und 2B veranschaulichen den hierdurch erreichbaren Effekt für zwei
verschiedene Betrachtungspositionen. In Fig. 2A wird die Leuchteinrichtung 10 wie durch ein Auge 22 symbolisiert mittig betrachtet. Hier werden als Leuchtsignaturen 20 mehrere
symmetrisch ineinander angeordnete Rechtecke wahrgenommen, wobei durch die
Mehrfach reflexion eine Leuchtintensität der Rechtecke von außen nach innen abnimmt. Bei einer zu einer Mittelachse versetzten Betrachtung wie in Fig. 2B dargestellt und wie durch ein Auge 23 symbolisiert ergibt sich die mit 21 bezeichnete Leuchtsignatur, bei der die inneren Rechtecke verschoben sind. Somit kann gleichsam ein dreidimensionaler Betrachtungseffekt erzeugt werden.
Diese herkömmliche Lösung weist verschiedene Nachteile auf. Zum einen ist die Leuchteinrichtung ein reales Gehäuse mit einer bestimmten Ausdehnung. Durch den verfügbaren Raum in der Leuchteinrichtung, durch Herstellungserfordernisse und eine gewünschte Formkomplexität stößt das Design schnell an Grenzen. Zudem werden mehrere Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden (zum Beispiel etwa 30 Leuchtdioden) benötigt, um eine kontinuierliche Rechteckform zu generieren. Zudem ist die Lichtintensität innerhalb jedes Rechtecks gleichmäßig hell. Eine Modulation der Lichtintensität innerhalb eines einzelnen Rechtecks oder einer anderen Form ist nur mit viel Aufwand erzeugbar.
Auch andere Konzepte, welche mit herkömmlichen Elementen wie Spiegel, Prismen und makroskopischen Streustrukturen arbeiten, stoßen an ihre Grenzen, wenn komplexe
Randbedingungen wie zum Beispiel betrachtungswinkelabhängige Leuchtsignaturen, Leuchtsignaturen mit einer bestimmten Intensitätsverteilung und definierter Projektionsebene oder komplexe Beleuchtungsstrukturen unter einer Randbedingung starker
Bauraumreduzierung gefordert sind.
Zudem ist es sehr wünschenswert, die Herstellungskosten für Leuchteinrichtungen möglichst gering zu halten und insbesondere eine einfache Massenproduktion zu ermöglichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge bereitzustellen, bei welchen die oben beschriebenen Probleme ganz oder teilweise behoben oder zumindest abgemildert werden können. Hierzu wird eine Leuchteinrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Erfindungsgemäß wird eine Leuchteinrichtung bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle, und einen refraktiven Diffuser zum Erzeugen einer Leuchtsignatur auf Basis von Licht aus der Lichtquelle.
Der refraktive Diffuser kann dabei ein refraktiver Diffuser mit achromatischen Eigenschaften sein. Durch die Verwendung eines refraktiven Diffusers kann bei relativ geringem Bauraum eine große Designfreiheit für die Leuchteinrichtung erreicht werden. Zudem weist ein refraktiver
Diffuser im Gegensatz zu diffraktiven Diffusem keine nullte Beugungsordnung auf, was ein Auftreten unerwünschter Lichteffekte aufgrund der nullten Beugungsordnung vermeidet.
Ein refraktiver Diffuser ist eine für sich genommen bekannte Komponente, welche auf einer Oberfläche brechende Eigenschaften aufweist. Unter refraktiven Diffusem werden Diffusem mit glatten Oberflächenprofilformen verstanden, die keine Sprungstellen enthalten und deren Eigenschaften durch die Lichtbrechung dominiert werden. Typischerweise weisen derartige Diffuser eine wellenoptisch berechnete,„glatte"„Freiformfläche" mit statistischem
Oberflächenprofil auf. Bei einem derartigen Diffusor ergeben die von jedem Ort z.B. einer Fläche des Diffusors (der Ort kann durch Koordinaten x,y angegeben werden) abgestrahlten Lichtwellen in ihrer Gesamtheit die gewünschte Leuchtsignatur. Die Strukturen auf dem Diffusor sind also derart bestimmt, dass sich gerade die Leuchtsignatur insbesondere als geometrisch definierte Leuchtverteilung ergibt. Die Berechnung solcher Strukturen, auch als kontinuierliche oder refraktive Phasenelemente bezeichnet, ist beispielsweise in J. Neauport et al., Applied Optics, Vol. 42, No. 13, Seiten 2377 ff oder in K.-H. Brenner et al, Diffractive optics and microoptics (DOMO) 2000: Conference Edition; OSA Technical Digest, Seiten 237 ff, ISBN 1 - 55752-635-4 erläutert. Achromatische Eigenschaften derartiger Elemente werden in M. Cumme und A. Deparnay, Advanced Optical Technologies, Vol. 4, Issue 1 , Seiten 47-61 , beschrieben. Diese basieren auf einer speziellen Mischung von diffraktiven und refraktiven Eigenschaften, bei der eine entgegengesetzte Winkeldispersion zur Kompensation chromatischer Fehler verwendet wird.
In dieser Veröffentlichung werden also refraktive Diffuser mit achromatischen Eigenschaften beschrieben. Diese vermeiden aufgrund ihrer speziellen Oberflächenstruktur das Auftreten einer nullten Beugungsordnung und besitzen neben ihren achromatischen Eigenschaften eine hohe Effizienz und sind daher gut für Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge geeignet.
Unter einer Leuchtsignatur ist dabei die wahrgenommene Erscheinungsform des Lichtes im Betrieb der Leuchteinrichtung zu verstehen, welche insbesondere eine geometrisch definierte Leuchtverteilung aufweisen kann.
Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode, z.B. in
Kombination mit einem Phosphortarget, umfassen. Hierdurch ist ein preisgünstiges Bereitstellen einer Lichtquelle ausreichender Kohärenz möglich.
Der refraktive Diffuser kann eingerichtet sein, die Leuchtsignatur mit einer inhomogenen Intensitätsverteilung zu erzeugen. Durch derartige Intensitätsverteilungen ergibt sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei dem Design von Leuchtsignaturen. Die Leuchtsignatur kann z.B. eine Rechteckform, ein Kreuzform und/oder eine Bumerang-Form umfassen. Es können aber auch kompliziertere Formen wie z.B. Sternformen oder
verschachtelte Intensitätsmuster erzeugt werden. Es sind also verschiedene Formen möglich, was eine große Designfreiheit ergibt. Der refraktive Diffuser kann auch so eingerichtet sein, dass sich die Leuchtsignatur in
Abhängigkeit von einer Betrachtungsrichtung ändert. Hierdurch sind weitere optische Effekte möglich.
Die Leuchteinrichtung kann weiter mindestens einen Spiegel zum Ablenken von Licht von der Lichtquelle umfassen.
Durch Kombination mit einem Spiegel kann Licht von einer Lichtquelle insbesondere mehrfach und/oder mit einer gewünschten Fokussierung durch den Diffuser gelenkt werden. Der refraktive Diffuser und ein Spiegel des mindestens einen Spiegels können einstückig als eine Komponente ausgebildet sein. So ist eine kostengünstige Herstellung möglich.
Der Spiegel kann einen ersten Spiegel und einen teilreflektierenden zweiten Spiegel umfassen, welche derart angeordnet sind, dass sie mehrere Teillichtstrahlen erzeugen und zu dem refraktiven Diffuser lenken. Bei einer solchen Anordnung mit Mehrfach reflexion können insbesondere mehrere Bilder der Leuchtsignatur erzeugt werden.
Der refraktive Diffuser kann eingerichtet sein, ein virtuelles Bild der Leuchtsignatur in einer Ebene zwischen dem Diffusor und der Lichtquelle zu erzeugen oder eingerichtet sein, das virtuelle Bild in der Ebene der Lichtquelle zu erzeugen. Bei anderen Ausführungsformen kann ein reelles Bild insbesondere zwischen einer Leuchtaustrittsfläche der Leuchteinrichtung und einem Betrachter erzeugt werden.
Der mindestens eine Spiegel kann auch einen Hohlspiegel zum Bündeln von Licht von der Lichtquelle umfassen.
Mit einem Hohlspiegel kann eine Fokusebene bzw. ein Ort eines zu erzeugenden reellen Bildes definiert werden.
Die Leuchteinrichtung kann z.B. als Rückleuchte oder als Frontscheinwerfer ausgebildet sein. Die Erfindung ist somit für verschiedene Leuchtrichtungen eines Fahrzeugs einsetzbar.
Zum besseren Verständnis werden nachfolgend Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Leuchteinrichtung,
Figuren 2A und 2B Beispiele für Leuchtsignaturen der Leuchteinrichtung der Fig. 1 bei verschiedenen Betrachtungsrichtungen, Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Leuchteinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
Figuren 4A und 4B Darstellungen zur Veranschaulichung von schematischen refraktiven Diffusem,
Figuren 5A und 5B Darstellungen einer Leuchteinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und Figuren 5C und 5D entsprechende Leuchtsignaturen,
Figuren 6A und 6B Darstellungen einer Leuchteinrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 eine Darstellung einer Leuchteinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 8 eine Darstellung einer Leuchteinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 9 eine Darstellung einer möglichen Leuchtsignatur der Vorrichtung der Fig. 8,
Fig. 10 eine Darstellung eines Teils eines refraktiven Diffusers, welcher bei der Vorrichtung der Fig. 8 einsetzbar ist,
Fig. 1 1 eine Darstellung einer Leuchteinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
Fig. 12A-12C eine Darstellung zur Erläuterung von von einer Betrachtungsrichtung abhängigen Leuchtsignaturen.
Im Folgenden werden nunmehr verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese detaillierte Beschreibung ist nicht als einschränkend auszulegen. Insbesondere ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen, Komponenten oder Details nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale, Komponenten und
Details zur Implementierung notwendig sind. Variationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar, sofern nichts anderes angegeben ist. Merkmale verschiedener
Ausführungsbeispiele können zudem miteinander kombiniert werden, um weitere
Ausführungsbeispiele zu bilden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Leuchteinrichtung 30 gemäß einem
Ausführungsbeispiel, anhand derer einige grundlegende Komponenten von
Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die Leuchteinrichtung 30 ist beispielsweise je nach genauer Implementierung als Rückleuchte, als Frontscheinwerfer, als Bremsleuchte oder als Blinker für ein Fahrzeug einsetzbar, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Die Leuchteinrichtung 30 umfasst eine Lichtquellenanordnung 32, welche beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden, insbesondere Leistungsleuchtdioden oder auch Laserlichtquellen in Kombination mit Phosphortargets umfassen kann. Des Weiteren umfasst die
Leuchteinrichtung 30 der Fig. 3 einen refraktiven Diffuser 31 , insbesondere einen refraktiven Diffuser mit achromatischen Eigenschaften. Wie bereits erwähnt ist ein derartiger Diffuser beispielsweise in„Advanced Optical Technologies", Vol. 4, No. 1 , Seiten 47-61 , beschrieben. Mittels des Diffusers 31 kann eine Strahlformung des Lichts von der Lichtquellenanordnung 32 erreicht werden. Insbesondere können ein oder mehrere virtuelle oder reelle Bilder erzeugt werden, welche gewünschte Formen und/oder gewünschte Intensitätsverteilungen aufweisen. Dies ermöglicht eine größere Freiheit beim Design einer Leuchtsignatur der Leuchteinrichtung 30 als bei den eingangs erwähnten herkömmlichen Herangehensweisen. Die Wirkungsweise und der Aufbau eines derartigen refraktiven Diffusers wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 4A und 4B sowie 12A-12C erläutert.
Wie in Fig. 4A gezeigt, erzeugt ein Diffuser 42 bei Beleuchtung mit geeignetem Licht von einer Lichtquelle 41 ein virtuelles Bild 43, welches in einer Ebene durch die Lichtquelle 41 parallel zu einer Ebene des Diffusers 42 liegt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das virtuelle Bild in einer Ebene zwischen Lichtquelle 41 und Diffuser 42 liegen. Insbesondere ist der Diffuser 42 ein refraktiver Diffuser mit achromatischen Eigenschaften. In dem dargestellten Beispiel weist das virtuelle Bild 43 eine Kreuzform auf. Bei dem Design der Form des virtuellen Bildes bestehen jedoch große Freiheiten, und es können auch andere Formen bereitgestellt werden. Von einem Auge 40 eines Betrachters wird dann das virtuelle Bild 43 wahrgenommen. In Fig. 4B ist ein Beispiel für ein Höhenprofil eines derartigen Diffusers 42 dargestellt. Der Diffuser 42 weist ein kontinuierliches Oberflächenprofil auf, welches in Abhängigkeit von der gewünschten Form des Bildes 43 berechnet wird. Da ein refraktiver Diffuser in der Anordnung der Fig. 4A ein virtuelles Bild generiert, können die erzeugten Lichtformen auf der optischen Achse liegen, d.h. das Licht erscheint in der Mitte bei mittiger Betrachtung.
Für die Erzeugung des virtuellen Bildes 43 sind dabei diejenigen Strukturen des refraktiven Diffusers 42 maßgebend und notwendig, die sich in einer bestimmten Region um die optische Achse befinden. Die optische Achse ist dabei die Verbindungslinie zwischen dem Auge 40 des Betrachters und der Lichtquelle 41. Die Größe der bestimmten Region ist über die maximalen Ablenkwinkel der in ihr befindlichen refraktiven Strukturen definiert, nämlich so, dass nur diejenigen Strukturen in der bestimmten Region liegen, durch die Licht von der Lichtquelle 41 noch zu dem Auge 40 hin abgelenkt werden.
Bei Änderung der Betrachtungsrichtung, beispielsweise durch Verschiebung der Position des Auges, verschiebt sich auch die optische Achse und somit diese bestimmte Region, die die für die Erzeugung des wahrgenommenen virtuellen Bildes notwendigen Strukturen enthält. Wenn diese Strukturen des refraktiven Diffusers 42 beispielsweise aus periodisch fortgesetzten Einheitszellen mit identischem Winkelspektrum (d.h. identischer Ablenkung der Strahlen von der Lichtquelle zu dem Auge hin) bestehen, ergibt sich bei Änderung der Betrachtungsrichtung keine Änderung des virtuellen Bildes, da sich zwar die bestimmte Region der für die jeweilige Bilderzeugung relevanten Strukturen des refraktiven Diffusers 42 ändert, nicht aber das von diesen Strukturen in der bestimmten Region erzeugte Winkelspektrum an Lichtstrahlen und somit nicht das wahrgenommene virtuelle Bild. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der refraktive Diffuser gerade so aufgebaut, dass sich das virtuelle Bild mit der Betrachtungsrichtung ändert. Ein Beispiel hierfür ist in den Figuren 12A
bis 12C dargestellt. Die Figuren 12A bis 12C zeigen dabei eine Anordnung mit einem
refraktiven Diffuser 121 und einer Lichtquelle 122 für drei verschiedene Betrachtungsrichtungen entsprechend drei verschiedenen Positionen eines Auges 120 relativ zu dem refraktiven Diffuser 121. Als Beispiel sind in dem Diffuser 121 Strukturen 124A, 124B und 124C
angedeutet, welche Licht von der Lichtquelle 122 in verschiedener Weise zum Auge hin ablenken.
Bei dem Beispiel der Fig. 12A befinden sich die Strukturen 124A in dem oben erwähnten bestimmten Bereich, d.h. Licht von der Lichtquelle 122, welche auf die Strukturen 124A fällt, wird zum Auge 120 hin abgelenkt, was ein virtuelles Bild in Form eines Balkens 123A erzeugt. Licht von Lichtquelle 122, das auf die Strukturen 124B und 124C fällt, gelangt aufgrund der Winkelcharakteristik dieser Strukturen nicht zu dem Auge 120 in der in Fig. 12A dargestellten Position. In der Position des Auges 120 der Fig. 12B ist hingegen die Struktur 124B in dem bestimmten Bereich, aus dem Licht von der Lichtquelle 122 zu dem Auge 120 gelenkt wird, und erzeugt ein virtuelles Bild in Form eines Balkens 123B, welcher deutlich länger ist als der Balken 123A der Fig. 12A. In der Position des Auges 120 der Fig. 12C wird schließlich Licht von den Strukturen 124C zu dem Auge 120 gelenkt, was zu einem virtuellen Bild in Form eines Balkens 123C führt, welcher noch länger ist als der Balken 123B.
Somit ändert sich je nach Betrachtungsrichtung das virtuelle Bild, in dem Beispiel die Länge des Balkens. Es sind jedoch auch andere Änderungen, insbesondere auch komplexere
Veränderungen wie eine Änderung der wahrgenommenen Form der Leuchtsignatur, beispielsweise veränderliche Sterne, Kreuze, Ring- oder Kreisfiguren. Hierzu werden die refraktiven Strukturen so angeordnet, dass sich das von ihnen erzeugte Winkelspektrum über die Fläche des Diffusers an die gewünschten wahrzunehmenden Leuchtsignaturen angepasst ändert. Im Folgenden werden nunmehr konkretere Implementierungsbeispiele von Leuchteinrichtungen mit refraktivem Diffuser beschrieben.
In den Fig. 5A und 5B sind Querschnittsansichten von Leuchteinrichtungen dargestellt, welche auf der herkömmlichen Leuchteinrichtung, welche unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eingangs diskutiert wurde, beruht. Die Leuchteinrichtungen der Figuren 5A und 5B
unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Position einer Lichtquelle und sind ansonsten
einander entsprechend aufgebaut. Die Figuren 5C und 5D zeigen mögliche Leuchtsignaturen der Ausführungsbeispiele der Figuren 5A und 5B.
In der Fig. 5A ist bei einer Leuchteinrichtung 56A ähnlich wie bei der Leuchteinrichtung 10 der Fig. 1 in einem Gehäuse ein Spiegel 53, welcher zumindest im Wesentlichen vollständig reflektiert, und ein teildurchlässiger Spiegel 52 angeordnet. Des Weiteren weist die
Beleuchtungseinrichtung 56A eine Leuchtdiode 54A als Lichtquelle auf. Die Leuchtdiode 54A kann insbesondere eine Leistungsleuchtdiode mit hinreichend hoher Intensität sein. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5A ist die Leuchtdiode 54A dabei seitlich, d.h. zu einer Mittelachse versetzt, angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5A wird eine gewünschte Form der Leuchtsignatur, beispielsweise ein Rechteck, nicht durch eine Anordnung vieler Leuchtdioden wie bei dem Stand der Technik der Fig. 1 erzeugt, sondern durch einen refraktiven Diffuser 50A, welcher eingerichtet ist, im Fernfeld eine gewünschte Form, z.B. eine Rechteckform, zu erzeugen.
Hierdurch ist nur eine einzige Leuchtdiode als Lichtquelle notwendig. Zudem besteht eine größere Freiheit im Design der gewünschten Form der Leuchtsignatur, und das Rechteck ist hier nur als Beispiel zu verstehen.
Die Fig. 5B zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 5A, und gleiche Elemente weisen die gleichen Bezugszeichen auf und werden nicht mehrmals erläutert. Es werden vielmehr nur die Unterschiede zu der Fig. 5A erläutert. Im Unterschied zu der Fig. 5A ist bei einer Leuchteinrichtung 56B der Fig. 5B eine Leuchtdiode 54B zentral angeordnet. Es ist wiederum ein Diffuser 50B vorgesehen, welcher verglichen mit dem Diffuser 50A an die veränderte Position der Leuchtdiode 54B angepasst sein kann und wiederum eingerichtet ist, im Fernfeld eine gewünschte Form, beispielsweise eine
Rechteckform, zu erzeugen.
Sowohl bei der Fig. 5A, als auch bei der Fig. 5B wird dabei das Licht der Leuchtdiode 54A bzw. 54B mehrmals zwischen den Spiegeln 52 und 53 reflektiert, wobei der Spiegel 52 jeweils einen Teil des Lichts durchlässt. Aus dem jeweils ausgekoppelten Licht werden durch den Diffuser 50A bzw. 50B im Fernfeld dann verschiedene Rechtecke„geformt".
Die Figuren 5C und 5D zeigen Beispiele für sich ergebende Leuchtsignaturen. Die Leuchtsignatur 55A weist mehrere ineinander geschachtelte Rechtecke auf, welche nicht mittig zueinander angeordnet sind. Eine derartige Signatur kann sich beispielsweise bei gerader Betrachtung der Leuchteinrichtung 56A der Fig. 5A oder der Leuchteinrichtung 56B der Fig. 5B ergeben. Die Fig. 5D zeigt eine Leuchtsignatur 55B mit mittig zueinander angeordneten
Rechtecken, wie sie sich beispielsweise aus schräger Betrachtung der Leuchteinrichtung 56B der Fig. 5B oder der Leuchteinrichtung 56A der Fig. 5A ergeben kann.
Im Unterschied zu den unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erläuterten
Leuchteinrichtungen ist hier die größte Lichtform, d.h. in dem dargestellten Beispiel das größte Rechteck, in einer am weitesten entfernten Ebene im Hintergrund vom Betrachter aus zu sehen, während das kleinste Rechteck dem Betrachter am nächsten erscheint. Zudem ist hier im Gegensatz zu der Leuchteinrichtung der Figuren 1 und 2 das kleinste Rechteck am hellsten. Diese Intensitätsverteilung ergibt sich beim Einsatz eines durchgehenden teilreflektierenden Spiegels 52. Um die Lichtintensitäten durch die mehreren Reflexionen anders zu verteilen, ist auch der Einsatz einer Anordnung mit mehreren teildurchlässigen Spiegeln mit einem kleinen Transmissionsfaktor (5 % oder 10 %) oder mit sich verändernden Transmissionsfaktoren bei anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Die Verwendung eines refraktiven Diffusers erlaubt insbesondere eine große Designfreiheit hinsichtlich der Form der Leuchtsignatur. Diese ist insbesondere nicht auf Rechtecke wie in der Fig. 5 gezeigt beschränkt. Weitere Möglichkeiten werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 erläutert. Die Figuren 6A und 6B zeigen dabei eine Leuchteinrichtung 60, welche größtenteils wie die Leuchteinrichtung 56B der Fig. 5B aufgebaut ist. Als Unterschied ist der Diffuser 50B der Fig. 5B durch einen Diffuser 63 ersetzt, welcher eingerichtet ist, statt der rechteckförmigen Leuchtsignatur des Diffusers 50 eine Bumerang-förmige Leuchtsignatur zu erzeugen. Die Leuchteinrichtung 60 weist dabei eine mittig angeordnete Lichtquelle
entsprechend der Lichtquelle 54B der Fig. 5B auf. Als Abwandlung kann eine Lichtquelle auch am Rand der Leuchteinrichtung angeordnet sein, entsprechend der Lichtquelle 54A der Fig. 5A.
Die Figuren 6A und 6B zeigen Beispiele für sich ergebende Leuchtsignaturen für zwei verschiedene Betrachtungsrichtungen. Die Fig. 6A zeigt dabei ein Beispiel für eine
Leuchtsignatur 62A bei einer mittigen Betrachtung wie durch ein Auge 61 A angedeutet. Die Fig. 6B zeigt die entsprechende Leuchtsignatur 62B bei einer seitlichen oder schrägen Betrachtung, wie durch ein Auge 61 B angedeutet. Ähnlich wie in der Fig. 5 entsteht hier die Grundform der
Leuchtsignatur in verschiedenen Größen, wobei die Grundform in diesem Fall ein Boomerang ist. Die Bumerang-Form weist zudem bei dem Beispiel der Fig. 6 eine Uniformitätsvariation auf, d.h. die Form weist helle Zonen und weniger helle Zonen auf. Ein weiteres Beispiel ist in der Fig. 7 dargestellt. Die Fig. 7 zeigt eine Leuchteinrichtung 70, welche entsprechend der Leuchteinrichtung 56A der Fig. 5A (mit einer am Rand angeordneten Lichtquelle) ausgestaltet ist. Statt des refraktiven Diffusers 50 der Fig. 5A weist die
Leuchteinrichtung 70 der Fig. 7 einen refraktiven Diffuser 74 auf, welcher eingerichtet ist, eine kreuzförmige Leuchtsignatur zu erzeugen. Ein Beispielergebnis bei gerader Betrachtung wie durch ein Auge 71 angedeutet ist mit 72 bezeichnet. Das kleinste Kreuz (bei 72 links dargestellt) ist in diesem Fall das hellste und erscheint im Vordergrund, während das größte Kreuz (bei 72 rechts) das dunkelste ist und rechts erscheint. Mit 73 ist eine fotografische Aufnahme eines entsprechenden Bildes bezeichnet. Hier ist der Diffuser zusätzlich derart ausgestaltet, dass die Kreuze eine Lichtmodulation aufweisen. Insbesondere erscheinen die Kreuze in dem dargestellten Beispiel in der Mitte heller als am Rand. Auch andere
Lichtmodulationen sind möglich. Derartige Lichtmodulationen können zudem auch bei anderen Formen eingesetzt werden, beispielsweise der Rechteckform der Fig. 5 oder der
Boomerangform der Fig. 6. Durch entsprechende Ausgestaltung eines refraktiven Diffusers gibt es hier also eine große Designfreiheit.
Die unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 7 diskutierten Ausführungsbeispiele benutzen eine Mehrfachreflexion und eignen sich insbesondere für Rückleuchten eines Fahrzeugs. Es sind auch Rückleuchten ohne Mehrfachreflexion, d.h. ohne die dargestellten Spiegel, möglich. In diesem Fall wird eine einzelne Form der Leuchtsignatur, beispielsweise ein einziger
Boomerang, ein einziges Rechteck oder ein einziges Kreuz erzeugt. Zudem lassen sich refraktive Diffuser auch für andere Arten von Leuchteinrichtungen in Fahrzeugen einsetzen. Als Beispiel werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 8 bis 1 1 Leuchteinrichtungen dargestellt, welche als Frontscheinwerfer oder Teil hiervon zum Einsatz kommen,
beispielsweise als Fernlicht, Abblendlicht oder auch Tagfahrlicht.
In Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers 80 eines
Ausführungsbeispiels dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 umfasst eine Lichtquelle 81. Die Lichtquelle 81 kann beispielsweise eine Laserdiode kombiniert mit einem
Phosphortarget umfassen, kann jedoch auch eine andere Art von Lichtquellen, wie
beispielsweise eine Leuchtdiode, eine Weißlichtleuchtdiode oder eine Kombination mehrerer derartiger Lichtquellen umfassen. Licht von der Lichtquelle 81 fällt auf einen Hohlspiegel 82,
welcher eingerichtet ist, Licht zu einem Brennpunkt 85 in einer Projektionsebene 86 hin zu bündeln.
Im Unterschied zu herkömmlichen Scheinwerfern weist der Scheinwerfer 80 der Fig. 8 zusätzlich einen refraktiven Diffuser 83 auf, welcher zwischen dem Hohlspiegel 82 und der Projektionsebene 86 angeordnet ist. Derartige refraktive Diffuser sind beispielsweise durch Spritzgusstechniken günstig herstellbar.
Der Diffuser 83 erzeugt in der Projektionsebene 86 am Brennpunkt oder um den Brennpunkt herum eine gewünschte Lichtverteilung, d.h. eine gewünschte Leuchtsignatur der
Leuchteinrichtung, welche wie bereits bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert durch entsprechende Ausgestaltung des Diffusers 83 wie gewünscht gewählt werden kann. Als Beispiel ist in Fig. 9 eine rechteckförmige Verteilung 90 gezeigt. Es sind jedoch auch beliebig andere Verteilungen wie zum Beispiel Dreiecke, Quadrate, Sterne oder andere, auch komplexere, Formen möglich. Je nach Brennweite des Hohlspiegels 82 kann dabei die
Projektionsebene 86 bzw. der Brennpunkt 85 außerhalb des Scheinwerfers 80 (wie dargestellt) oder innerhalb des Scheinwerfers liegen. Beispielsweise kann der Abstand zwischen dem Diffuser 83 und der Projektionsebene 86 zwischen 2 und 10 cm betragen, beispielsweise etwa 5 cm. Diese Zahlenwerte sind jedoch nur als Beispiel zu verstehen. Die Leuchtsignatur wird dabei als reelles Bild erzeugt, welches sich beispielsweise im Raum vor der Leuchtvorrichtung außerhalb des Fahrzeugs befindet. Wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 1 diskutiert kann auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ein Diffuser 83 verwendet werden, der derart ausgestaltet ist, dass sich bei Änderung der Betrachtungsrichtung eine Änderung der
Leuchtsignatur ergibt, wie dies am Beispiel eines veränderlichen Balkens in Fig. 1 1 diskutiert wurde.
Der Diffuser selbst kann wiederum wie in den eingangs erwähnten Dokumenten beschrieben ausgestaltet sein. Die Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt aus einer berechneten Phasenverteilung für einen refraktiven Diffuser zur Erzeugung einer Rechtecksignatur wie in Fig. 9 dargestellt. Mit 100 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Phasenverteilung des Diffusers angegeben, wobei der Phasenhub in Einheiten von 2 π dargestellt ist. Ein Graph 101 zeigt einen Querschnitt der Phasenverteilung entlang einer Linie 102 in der Darstellung 100. Die Berechnung wurde dabei für eine
Wellenlänge von 630 nm und eine Kohärenzlänge von 30 nm durchgeführt. Je nach
gewünschter Leuchtsignatur, gewünschter Wellenlänge und Kohärenzlänge kann sich die Phasenverteilung von Implementierung zu Implementierung unterscheiden.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind der Hohlspiegel 82 und der Diffuser 83 getrennte Komponenten. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine Diffuserstruktur auch auf einer Spiegelfläche bereitgestellt werden. In diesem Fall kann dann Hohlspiegel und Diffuserstruktur in einem einzigen Spritzgussverfahren hergestellt werden. Ein entsprechendes
Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 1 dargestellt. Fig. 1 1 zeigt einen Scheinwerfer 1 10 mit einer Lichtquelle 1 1 1 , welche entsprechend der Lichtquelle 81 der Fig. 8 ausgestaltet sein kann. Des Weiteren umfasst der Scheinwerfer 1 10 einen Hohlspiegel 1 12, auf dessen reflektierender
Oberfläche ein refraktiver Diffuser 1 13 ausgebildet ist, sodass Hohlspiegel 1 12 und Diffuser 1 13 eine einzige Komponente bilden. Der Hohlspiegel 1 12 bildet die Lichtstrahlen, welche von der Lichtquelle ausgehen, auf einen Brennpunkt 1 14 hin ab. In einer entsprechenden
Projektionsebene durch den Brennpunkt wird dann eine durch den Diffuser 1 13 bestimmte Leuchtsignatur erzeugt. Abgesehen von der Bereitstellung des Diffusers 1 13 direkt auf der Oberfläche des Hohlspiegels 1 12 entspricht die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 1 der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels der Fig. 8, und die verschiedenen Variationen und Erläuterungen, welche bezüglich des Ausführungsbeispiels der Fig. 8 gemacht wurden, sind auch auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 1 anwendbar.
Es ist zu bemerken, dass eine derartige einstückige Ausbildung von Diffuser und Spiegel auch bei anderen Ausführungsbeispielen möglich ist. So kann beispielsweise bei dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 5 der Diffuser 50 auf dem teildurchlässigen Spiegel 52 ausgebildet sein.
Somit können mittels refraktiven Diffuseren verschiedene Arten von Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge, insbesondere Rückleuchten, Frontscheinwerfer, aber auch Blinker, Bremslichter und dergleichen, mit gewünschten Leuchtsignaturen versehen werden, was eine große
Designfreiheit ermöglicht.
Claims
Patentansprüche
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10), umfassend:
eine Lichtquelle (32; 41 ; 54A; 54B; 81 ; 11 1 ; 122), und
einen refraktiven Diffuser (31 ; 42; 50; 63; 74; 83; 1 13; 121 ) zum Erzeugen einer
Leuchtsignatur (43; 55A; 55B; 62A; 62B; 72; 73; 90; 123A, 123B, 123C) auf Basis von Licht aus der Lichtquelle (32; 41 ; 54A; 54B; 81 ; 1 1 1 ).
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach Anspruch 1 , wobei der refraktive Diffuser (31 ; 42; 50; 63; 74; 83; 1 13; 121 ) ein refraktiver Diffuser mit achromatischen Eigenschaften ist.
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (32; 41 ; 54A; 54B; 81 ; 1 1 1 ; 122) eine Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode umfasst.
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach einem der Ansprüche 1 -3, wobei der refraktive Diffuser (31 ; 42; 50; 63; 74; 83; 1 13; 121 ) eingerichtet ist, die Leuchtsignatur (43; 55A; 55B; 62A; 62B; 72; 73; 90; 123A, 123B, 123C) mit einer inhomogenen
Intensitätsverteilung zu erzeugen.
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach einem der Ansprüche 1 -4, wobei die Leuchtsignatur (43; 55A; 55B; 62A; 62B; 72; 73; 90) eine Rechteckform, eine
Kreuzform und/oder eine Bumerang-Form umfasst.
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 110) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der refraktive Diffuser (121 ) eingerichtet ist, eine in Abhängigkeit von einer
Betrachtungsrichtung veränderliche Leuchtsignatur (123A; 123B. 123C) zu erzeugen.
Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach einem der Ansprüche 1 -6, weiter umfassend mindestens einen Spiegel (53, 53; 82; 1 12) zum Ablenken von Licht von der Lichtquelle (32; 41 ; 54A; 54B; 81 ; 1 1 1 ; 122).
8. Leuchteinrichtung (1 10) nach Anspruch 7, wobei der refraktive Diffuser (1 13) und ein
Spiegel (1 12) des mindestens einen Spiegels einstückig als eine Komponente ausgebildet sind. 9. Leuchteinrichtung (56A, 56B; 60; 70) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Spiegel einen ersten Spiegel (53) und einen teilreflektierenden zweiten Spiegel (52) umfasst, welche derart angeordnet sind, dass sie mehrere Teillichtstrahlen erzeugen und zu dem refraktiven Diffuser (42; 50; 63; 74) lenken. 10. Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach einem der Ansprüche 1 -9, wobei der refraktive Diffuser (31 ; 42; 50; 63; 74) eingerichtet ist, ein virtuelles Bild der
Leuchtsignatur in einer Ebene der Lichtquelle (32; 41 ; 54A; 54B; 122) zu erzeugen oder eingerichtet ist, ein virtuelles Bild der Leuchtsignatur in einer Ebene zwischen der Lichtquelle (32; 41 ; 54A; 54B; 122) und dem refraktiven Diffuser (31 ; 42; 50; 63; 74) zu erzeugen
1 1 . Leuchteinrichtung (80; 1 10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der mindestens eine Spiegel (82; 1 12) einen Hohlspiegel zum Bündeln von Licht von der Lichtquelle (81 ; 1 1 1 ) umfasst. 12. Leuchteinrichtung (30; 56A; 56B; 60; 70; 80; 1 10) nach einem der Ansprüche 1 -1 1 , wobei die Leuchteinrichtung als Rückleuchte oder als Frontscheinwerfer ausgebildet ist.
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