WO2020187664A1 - Beleuchtungsvorrichtung für fahrzeuge - Google Patents

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WO2020187664A1
WO2020187664A1 PCT/EP2020/056502 EP2020056502W WO2020187664A1 WO 2020187664 A1 WO2020187664 A1 WO 2020187664A1 EP 2020056502 W EP2020056502 W EP 2020056502W WO 2020187664 A1 WO2020187664 A1 WO 2020187664A1
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optical element
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PCT/EP2020/056502
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Günther Fischer
Benjamin Willeke
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Hella GmbH and Co KGaA
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    • F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for vehicles with a light source and with an optical unit for generating a predetermined light distribution, the optical unit having an optical element with a light inlet surface for coupling in light emitted by the light source and with a light outlet surface arranged at a distance from the light inlet surface for coupling out the the Lichteintrittsflä surface coupled and in the main light guide direction (H) within the Optikelemen th light guided.
  • H main light guide direction
  • a lighting device for vehicles which has a light source and an optical element assigned to it as an optical unit.
  • the optical element is designed as a lens which is produced by compression molding or injection molding.
  • the lens has a light entry surface and a light exit surface.
  • the lens has an anti-reflective coating at least on the light entry surface.
  • the known lens-shaped optical element has the light entry face and the light exit face as the refractive face. By shaping the light entry surface and / or the light exit surface, a desired refractive effect of the optical element can be achieved, so that a given light distribution can be generated.
  • the object of the present invention is to develop a lighting device for vehicles with a light source and an optical element in such a way that a predetermined optical effect of the optical element is created with a simple geometric design of the optical element.
  • the invention in connection with the preamble of claim 1 is characterized in that the optical element is designed as a layered body with a plurality of layers, at least one of which Number of layers each have sections of materials with different refractive indices.
  • an optical element is built up in layers, layers each having sections of materials with different refractive indices, so that the location of the refraction occurs not only on the light entry surface and light exit surface adjacent to the medium air, but also within the Optikele Mentes.
  • the invention not only provides for the refraction of light in layers, but also for the refraction of light within the respective layers.
  • a conventional lens shape of the optical element can advantageously be reproduced, the light entry and / or the light exit surface being flat after the optical element which is constructed as a laminated body according to the invention.
  • the optical element can thus have a simple geometric shape.
  • the basic thanks of the invention is to transform the shape of the same required for the refraction of light in a conventional optical element (lens) into a volume of a plate-shaped optical element.
  • a predetermined light distribution can be generated independently of the shape of the optical element. Different imaging characteristics can thus be generated with one and the same shape of the optical element. Due to the same shape of the optical element, this can be fastened a fold in a housing of the lighting device. Due to the preferably identical appearance, the design of the lighting device has a uniform character.
  • the layers of the laminated body run parallel to the light entry surface and / or the light exit surface.
  • the materials with different refractive indices are applied in layers one after the other, the optical effect of the layers corresponding to an imaginary layer of a conventionally one-piece optical element.
  • a conventional optical element can advantageously be simulated in a simple manner, the shape-breaking effect of the conventional optical element is replaced by a material refraction effect of sections of the layers of the optical element according to the invention.
  • the layers have the same layer thickness.
  • the layer thickness of the layers is in a range between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • the optical element can advantageously have a relatively flat structure with a relatively high refractive power.
  • the layers of the optical element are connected to one another in one piece.
  • the optical element can be installed as a single component in a housing of the lighting device.
  • the optical element is produced by sequential application of the layers.
  • several layers can be placed on top of one another in a simple manner.
  • the optical element is produced by printing the layers.
  • the sections of the layers can advantageously be formed by individual points, which then later harden and form a layer. This ensures a relatively high resolution of the layers.
  • sections of different layers arranged one behind the other in the main light guiding direction are formed from materials with different refractive indices, so that the refractive indices change at least three times in the main emission direction.
  • the sections of the respective layers extend in the manner of a matrix in columns and rows, the sections of the layers each being of the same size. In this way, material points of different or identical refractive indices arranged in a matrix-like manner can advantageously be applied per layer.
  • the sections of the respective layers are projected in the main light guiding direction and arranged in alignment with one another.
  • the sections of the same or different refractive indices thus overlap in projection onto a surface / plane.
  • the optical element thus has a simple and regular structure.
  • the optical element is applied to a transparent carrier.
  • the carrier enables sufficient stability of the Optikele Mentes.
  • the carrier is formed as a refractive body.
  • a certain refractive power can advantageously be set before the light enters the optical element.
  • the primary optics of the lighting device can be dispensed with.
  • the light source and the optical element are arranged in a pot-shaped housing.
  • a cup-shaped housing can be understood to mean any form of housing with at least one opening which is closed by a closing disk.
  • the optical unit is formed here exclusively by the optical element. If necessary, the cover plate can have a diffusing optic.
  • the optical element forms the only optical light guide means within the housing.
  • the light entry surface and / or the light exit surface of the layered body has an anti-reflection coating, so that an undesired reflection of the light in the direction of the light source is reduced or avoided.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a lighting device with an optical element according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic side view of a second embodiment of FIG.
  • Lighting device in which the optical element corresponds to a conventional undercut optical element
  • FIG. 3 shows a schematic representation of several layers of an optical element of the lighting device
  • Fig. 4 is a schematic representation of a further embodiment of the lighting device Be.
  • a lighting device for vehicles can serve to generate a light distribution.
  • the lighting device can serve as a signal light for generating a daytime running light, direction indicator light, brake / tail light distribution.
  • the lighting device essentially has a light source 1 to which an optical element 2 is assigned.
  • the light source 1 and the optical element 2 are arranged in a pot-shaped housing 3, the opening of which is through a cover plate 4 is locked.
  • the cover lens 4 can be colored, crystal clear, free of scatter optics or provided with scatter optics.
  • the optical element 2 forms an optical unit which extends within an interior of the housing 3. To generate the predetermined light distribution of the lighting device, the optical element 2 is the only component within the housing 3 that is used to guide the light 5 emitted by the light source 1.
  • the optical element 2 is designed in the form of a plate as a layered body which has a plurality of layers S1, S2, ... S n .
  • a first layer S1 is formed as a light entry surface on which the light 5 is coupled into the layered body 2.
  • the layer S n is formed as a light exit surface, on which the light 5 coupled into the layered body 2 and in a
  • Main light guiding direction H through the laminated body 2 light 5 is coupled out of the laminated body 2.
  • Both the light entry surface S1 and the light exit surface S n form an interface between the layered body 2 and the medium air.
  • the adjacent layers S1, S2,... S n are arranged flat against one another - without a gap.
  • the layers S1, S2, ... S n are arranged parallel to one another and each run in one plane.
  • the layers S1, S2,... S n have the same layer thickness ds.
  • the layer thickness ds is in a range from 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, the layer thickness ds is preferably in a range from 10 ⁇ m to 20 ⁇ m, and the layer thickness is preferably 16 ⁇ m.
  • the layers S1, S2, ... S n of the laminated body 2 are integrally connected to one another.
  • the layers S1, S2, Sn are produced one after the other by sequential application using a material dispenser.
  • drops of material are fencing and / or material points as sections An, A12, A13, A21, A22,. . . Deposited on m with a material of the same or different refractive index.
  • the further layer S2 can be applied by depositing the corresponding material drops or material points. This continues until the last layer S n has been applied.
  • the material dispenser can be a printing unit that deposits transparent plastic material with the same or different refractive indices on the corresponding sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm of the respective layers S1, S2, ... S n .
  • the layers S1, S2, ... S n As can be seen in particular from FIG. 3, the layers S1,
  • S2, ... S n made the same size. They have the same number of sections An, A12, A13, A21, A22,. . . Note on.
  • the layers S1, S2, ... S n thus have the same number of columns and rows of sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm which optionally have different refractive indices.
  • the sections An, A12, A13, A21, A22,... A nm of the layers S1, S2, S n are each made the same size, ie they have the same dimensions.
  • the sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm of the respective layers S1, S2, S n are arranged in alignment with one another, so that they are aligned with one another when projected in the main light guide direction H of the layered body 2 cursing cover up.
  • the optical element 2 is designed in layers with sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm that it is arranged in a light input side with regard to the optical effect of a conventional plano-convex lens 30 flat light entry surface 31 and a convex light exit surface 32 arranged on the side facing away from light source 1.
  • the previously known lighting device with the plano-convex lens 30 is arranged laterally offset to the optic element 2 in FIG. 1 in order to make the equivalence of the optic element 2 to the plano-convex lens 30 clear.
  • the same components or component functions of the exemplary embodiments are provided with the same reference numerals.
  • the layered body 2 according to FIG. 1 has, in a part (half) thereof facing the light source 1, a plurality of layers S1, ... S p , each of which has sections An, A- I 2, Ai 3, A21, A22, .. .A nm with a material having a first refractive index n1 (white sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm ).
  • Layers S pi ,... S n whose sections An, A12, A13, A21, A22,... A nm material of the first refractive index n1 (white sections An, A12, A13, A21, A22, ...
  • the sections An, A12, A13, A21, A22,... A nm black sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm ).
  • the distribution of the sections An, A12, A13, A21, A22,... A nm of the material of the first refractive index n1 and the second refractive index n2 is selected so that the refraction of the light 5 into a region remote from the optical axis F. is greater than in an area of the laminated body 2 close to the optical axis F.
  • a nm of the material's second refractive index n2 correspond to an area outside the light exit surface 32 of FIG plano-convex lens 30, while the sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm of the material of the first refractive index n1 correspond to a region within the plano-convex lens 30.
  • the distribution of the material points or sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm of the material of the first refractive index n1 and the second refractive index n2 can be easily concluded .
  • the optical element 2 has a cuboid shape.
  • the light entry surface S1 and the light exit surface S n run parallel and each flat.
  • an optic element 2 ′ is designed such that its optical effect is a convex lens 40 with undercuts 41 corresponds.
  • the layers S1, S2, ... S n each have the sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm of different materials with the refractive index n1 and n2 that in the main light guidance direction H the number of in one to Optical axis F remote area arranged sections Ay with the refractive index n1 and n2 changes at least four times.
  • a line 10 is shown in FIG.
  • the layer S20 runs in a plane in which the conventional lens 40 has the maximum radial extension. It thus runs in plane a.
  • the layer S30 runs in a plane c in which the second maximum radial expansion of the lens 40 is arranged.
  • the layer S25 only has sections Ay with the refractive index n2. From the intersection of the line 10 with the lens 40 it becomes clear that the sections Ay in an area between the points 42 and 43 and 44 and 45 each have material with the refractive index n1 and in the area between the points 43 and 44 refractive index n2 sen.
  • the lens 40 is designed to be rotationally symmetrical, the distribution of the sections Ay of the material with the first refractive index n1 and the material with the second refractive index n2 in the optical element 2 ‘is arranged rotationally symmetrical to the optical axis F.
  • an optical element 2 ′′ is provided, the layers S1, S2, S3 ... S n of which each have sections An, A12,
  • Holding elements 8 (holding means), by means of which the structural unit formed from the optical element 2 ′′ and the carrier 7 can be fastened to the housing 3, are formed on the side of the carrier 7.
  • optical elements 2 and 2 ′ according to FIGS. 1 and 2 can also be firmly connected to the carrier 7.
  • the optical elements 2, 2 ‘, 2 ′′ can be provided with an anti-reflective coating on the light input and / or light output side.
  • the sections An, A 12 , A 13 , A 21 , A 22 , ... A nm of the layers S1, S2, ... S n each consist of a transparent polymer material.
  • the optical element 2, 2 ', 2 "produced in this way is preferably subjected to a heat treatment (e.g. tempering).
  • a heat treatment e.g. tempering
  • n1, n2, n3 of the materials used for the sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm multiple refractions of the light occur within the optical element 2, 2 ', 2 "5 main direction of light guidance H.
  • the Ab- Sections An, A12, A13, A21, A22, ... A nm thus correspond to conventional lens elements.
  • the smallest lens element corresponds to a section An, A12, A13, A21, A22, ... Note. If several adjacent sections An, A12, A13, A21, A22, ...
  • a nm have the same refractive index n1 or n2 or n3, the lens element has a larger dimension than the section An, A12, A13, A21, A22, ... A nm.
  • the optical element 2, 2 ', 2 "thus has a large number of refractive surfaces of different sizes on which the light 5 is refracted to generate the desired light distribution or light shaping.
  • the transparent carrier 7 is preferably formed from a glass or polymer material.
  • the carrier 7 can be designed as a flat, smooth plate or with scattering optics provided on the surface.
  • the light source 1 can for example be designed as an LED light source.
  • the optical element can also have a large number of materials with different refractive indices n1, n2, n3, ... nn.
  • the holding means 8 can also be molded directly onto the optical element 2, 2 ', 2 ".

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1) und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit ein Optikelement (2, 2', 2'') mit einer Lichteintrittsfläche (S1) zur Einkopplung von durch die Lichtquelle (1) emittierten Licht (5) und mit einer beabstandet zu der Lichteintrittsfläche (S1) angeordneten Lichtaustrittsfläche (Sn) zur Auskopplung des an der Lichteintrittsfläche (S1) eingekoppelten und in Hauptlichtführungsrichtung (H) innerhalb des Optikelementes (2, 2', 2'') geführten Lichtes (5) aufweist, wobei das Optikelement (2, 2', 2'') als ein Schichtkörper mit einer Mehrzahl von Schichten (S1, S2, …Sn) ausgebildet ist, wobei zu mindestens eine Anzahl der Schichten (S1, S2,…Sn) jeweils Abschnitte (A11, A12, A13, A21, A22, …Anm) von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes (n1, n2, n3) aufweisen.

Description

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit ein Optikelement mit einer Lichteintrittsfläche zur Einkopplung von durch die Lichtquelle emittierten Licht und mit einer beabstandet zu der Lichteintritts fläche angeordneten Lichtaustrittsfläche zur Auskopplung des an der Lichteintrittsflä che eingekoppelten und in Hauptlichtführungsrichtung (H) innerhalb des Optikelemen tes geführten Lichtes aufweist.
Aus der DE 10 2016 125 420 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge be kannt, die eine Lichtquelle und ein derselben zugeordnetes Optikelement als Op tikeinheit aufweist. Das Optikelement ist als eine Linse ausgebildet, die durch Form pressen oder Spritzgießen hergestellt ist. Die Linse weist eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche auf. Zur Vermeidung bzw. Verringerung von unerwünschten Rückreflexionen zur Lichtquelle weist die Linse zumindest auf der Lichteintrittsfläche eine Antireflexionsbeschichtung auf. Das bekannte linsenförmige Optikelement weist als brechende Fläche die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche auf. Durch Formgebung der Lichteintrittsfläche und/oder der Lichtaustrittsfläche kann eine ge wünschte Brechwirkung des Optikelementes erzielt werden, so dass eine vorgegebe ne Lichtverteilung erzeugt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahr zeuge mit einer Lichtquelle und einem Optikelement derart weiterzubilden, dass eine vorgegebene optische Wirkung des Optikelementes bei einfacher geometrischer Aus gestaltung des Optikelementes geschaffen wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement als ein Schicht körper mit einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet ist, wobei zu mindestens eine Anzahl der Schichten jeweils Abschnitte von Materialien mit unterschiedlichen Bre chungsindizes aufweisen.
Nach der Erfindung ist ein Optikelement schichtweise aufgebaut, wobei Schichten je weils Abschnitte von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes aufweisen, so dass der Ort der Brechung nicht nur an der zum Medium Luft angrenzenden Licht eintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche erfolgt, sondern auch innerhalb des Optikele mentes. Die Erfindung sieht nicht nur das schichtweise Brechen des Lichtes, sondern auch darüber hinaus das Brechen des Lichtes innerhalb der jeweiligen Schichten vor. Vorteilhaft kann hierdurch eine herkömmliche Linsenform des Optikelementes nach gebildet werden, wobei nach dem erfindungsgemäß als Schichtkörper ausgebildeten Optikelement die Lichteintritts- und/oder die Lichtaustrittsfläche eben ausgebildet ist. Das Optikelement kann somit eine einfache geometrische Form aufweisen. Grundge danke der Erfindung ist es, die für die Brechung des Lichtes bei einem herkömmlichen Optikelement (Linse) erforderliche Form desselben in ein Volumen eines plattenförmi gen Optikelementes zu transformieren. Vorteilhaft kann durch Wahl des Brechungsin dex in Schichtabschnitten des Schichtkörpers eine vorgegebene Lichtverteilung unab hängig von der Form des Optikelementes erzeugt werden. Unterschiedliche Abbil dungscharakteristika können somit mit ein und derselben Form des Optikelementes erzeugt werden. Durch die gleiche Formgebung des Optikelementes kann dieses ein fach in einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung befestigt werden. Aufgrund des vorzugsweise gleichen Erscheinungsbildes hat das Design der Beleuchtungsvorrich tung einen einheitlichen Charakter.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Schichten des Schichtkörpers parallel zu der Lichteintrittsfläche und/oder der Lichtaustrittsfläche. Vorteilhaft werden hierbei die Materialien unterschiedlichen Brechungsindizes schichtweise nacheinan der aufgebracht, wobei die Schichten jeweils in ihrer optischen Wirkung einer gedach ten Schicht eines herkömmlich einstückig hergestellten Optikelementes entspricht. Vorteilhaft kann auf diese Weise einfach ein herkömmliches Optikelement nachgebil det werden, wobei die Formbrechungswirkung des herkömmlichen Optikelementes durch eine Materialbrechungswirkung von Abschnitten der Schichten des erfindungs gemäßen Optikelementes ersetzt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Schichten eine gleiche Schichtdi cke auf. Je kleiner die Schichtdicke ist, desto größer ist die Brechwirkung der Ab schnitte in den jeweiligen Schichten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Schichtdicke der Schichten in einem Bereich zwischen 10 pm und 30 pm. Vorteilhaft kann das Optikelement einen relativ flachen Aufbau bei relativ hoher Brechwirkung aufweisen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schichten des Optikelementes ein stückig miteinander verbunden. Das Optikelement kann als einzelnes Bauteil in einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung verbaut werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Optikelement durch sequenzielles Auf trägen der Schichten hergestellt. Herstellungstechnisch einfach können nacheinander mehrere Schichten aufeinander gesetzt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Optikelement durch Aufdrucken der Schichten hergestellt. Vorteilhaft können die Abschnitte der Schichten durch einzelne Punkte gebildet werden, die dann später aushärten und eine Schicht bilden. Hierdurch ist eine relativ hohe Auflösung der Schichten gewährleistet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind in Hauptlichtführungsrichtung hinterei nander angeordnete Abschnitte unterschiedlicher Schichten aus Materialien unter schiedlicher Brechungsindizes ausgebildet, so dass sich die Brechungsindizes in Hauptabstrahlrichtung mindestens dreimal ändern. Vorteilhaft kann hierdurch eine Transformation bzw. Nachbildung von Linsen mit Hinterschneidungen hergestellt wer den. Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich die Abschnitte der jeweiligen Schichten matrixartig in Spalten und Zeilen, wobei die Abschnitte der Schichten je weils die gleiche Größe aufweisen. Vorteilhaft können hierdurch matrixartig angeord nete Materialpunkte unterschiedlicher oder gleicher Brechungsindizes pro Schicht aufgetragen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Abschnitte der jeweiligen Schichten in Hauptlichtführungsrichtung projiziert fluchtend zueinander angeordnet. Die Ab schnitte der gleichen oder unterschiedlichen Brechungsindizes überdecken sich somit in Projektion auf eine Fläche/Ebene. Das Optikelement weist somit einen einfachen und regelmäßigen Aufbau auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Optikelement auf einem transparenten Träger aufgebracht. Der Träger ermöglicht eine ausreichende Stabilität des Optikele mentes.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Träger als ein refraktiver Körper aus gebildet. Vorteilhaft kann hierdurch eine bestimmte Brechkraft vor Eintritt des Lichtes in das Optikelement eingestellt werden. Hierdurch kann insbesondere auf eine Pri märoptik der Beleuchtungsvorrichtung verzichtet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquelle und das Optikelement in einem topfförmigen Gehäuse angeordnet. Als topfförmiges Gehäuse kann hierbei jeg liche Form von Gehäuse mit mindestens einer Öffnung, welches durch eine Ab schlussscheibe verschlossen ist, verstanden werden. Die Optikeinheit wird hierbei ausschließlich durch das Optikelement gebildet. Gegebenenfalls kann die Abschluss scheibe eine Streuoptik aufweisen. Innerhalb des Gehäuses bildet das Optikelement das einzige optische Lichtführungsmittel.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche des Schichtkörpers eine Antireflexionsbeschichtung auf, so dass eine unerwünschte Reflexion des Lichtes in Richtung der Lichtquelle verringert bzw. vermieden wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitendarstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Optikelement nach einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische Seitendarstellung einer zweiten Ausführungsform der
Beleuchtungsvorrichtung, bei dem das Optikelement einem herkömmli chen hinterschnittenen Optikelement entspricht,
Fig. 3 eine schematische Darstellung mehrerer Schichten eines Optikelementes der Beleuchtungsvorrichtung und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Be leuchtungsvorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann zur Erzeugung einer Lichtverteilung dienen. Beispielsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung als eine Signalleuchte zur Erzeugung einer Tagfahrlicht-, Fahrtrichtungsanzeigerlicht-, Brems-/Schlusslichtverteilung dienen.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist im Wesentlichen eine Lichtquelle 1 auf, der ein Optikelement 2 zugeordnet ist. Die Lichtquelle 1 und das Optikelement 2 sind in einem topfförmigen Gehäuse 3 angeordnet, dessen Öffnung durch eine Abschlussscheibe 4 verschlossen ist. Die Abschlussscheibe 4 kann eingefärbt, glasklar, frei von Streuopti ken oder mit Streuoptiken versehen sein.
Das Optikelement 2 bildet eine Optikeinheit, die sich innerhalb eines Innenraums des Gehäuses 3 erstreckt. Zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung der Beleuch tungsvorrichtung ist das Optikelement 2 das einzige Bauteil innerhalb des Gehäuses 3, das zur Führung des von der Lichtquelle 1 abgestrahlten Lichtes 5 dient.
Das Optikelement 2 ist plattenförmig als ein Schichtkörper ausgebildet, der eine Mehrzahl von Schichten S1 , S2, ... Sn aufweist. Auf einer der Lichtquelle 1 zugewand ten Lichteintrittsseite ist eine erste Schicht S1 als eine Lichteintrittsfläche ausgebildet, an der das Licht 5 in den Schichtkörper 2 eingekoppelt wird. Auf einer der Lichtquelle 1 abgewandten Lichtaustrittsseite ist die Schicht Sn als eine Lichtaustrittsfläche aus gebildet, an der das in den Schichtkörper 2 eingekoppelte Licht 5 und in einer
Hauptlichtführungsrichtung H durch den Schichtkörper 2 geleitete Licht 5 aus dem Schichtkörper 2 ausgekoppelt wird. Sowohl die Lichteintrittsfläche S1 als auch die Lichtaustrittsfläche Sn bilden eine Grenzfläche des Schichtkörpers 2 zu dem Medium Luft. Innerhalb des Optikelementes 2 sind die benachbarten Schichten S1 , S2, ... Sn flächig aneinanderliegend - ohne Zwischenraum - angeordnet.
Die Schichten S1 , S2, ... Sn sind parallel zueinander angeordnet und verlaufen jeweils in einer Ebene.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Schichten S1 , S2, ... Sn eine gleiche Schichtdicke ds auf. Die Schichtdicke ds liegt in einem Bereich von 10 pm bis 30 pm, vorzugsweise liegt die Schichtdicke ds in einem Bereich von 10 pm bis 20 pm, vor zugsweise beträgt die Schichtdicke 16 pm.
Die Schichten S1 , S2, ... Sn des Schichtkörpers 2 sind einstückig miteinander verbun den. Die Schichten S1 , S2, Sn werden nacheinander durch sequenzielles Aufträgen mittels eines Materialspenders hergestellt. Hierbei werden schichtweise Materialtrop- fen und/oder Materialpunkte als Abschnitte An , A12, A13, A21 , A22, . . . Anm mit einem Ma terial gleicher oder unterschiedlicher Brechungsindex abgeschieden. Sobald bei spielsweise Materialtropfen oder Materialpunkte der aufgetragenen ersten Schicht S1 ausgehärtet sind, kann die weitere Schicht S2 durch Abscheiden der entsprechenden Materialtropfen bzw. Materialpunkte aufgetragen werden. Dies setzt sich weiter so fort, bis die letzte Schicht Sn aufgetragen worden ist.
Beispielsweise kann der Materialausgeber eine Druckeinheit sein, die transparentes Kunststoffmaterial gleicher oder unterschiedlicher Brechungsindizes auf die entspre chenden Abschnitte An , A12, A13, A21 , A22, ...Anm der jeweiligen Schichten S1 , S2, ... Sn abscheidet. Wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist, sind die Schichten S1 ,
S2, ... Sn gleichgroß ausgebildet. Sie weisen die gleiche Anzahl von matrixartig ange ordneten Abschnitten An , A12, A13, A21 , A22, . . . Anm auf. Die Schichten S1 , S2, ... Sn weisen somit die gleiche Anzahl von Spalten und Zeilen von wahlweise unterschiedli cher Brechungsindizes aufweisende Abschnitte An , A12, A13, A21 , A22, ...Anm auf. Die Abschnitte An , A12, A13, A21 , A22, ...Anm der Schichten S1 , S2, Sn sind jeweils gleich groß ausgebildet, d. h. sie weisen die gleiche Dimension auf.
Die Abschnitte An , A12, A13, A21 , A22, ...Anm der jeweiligen Schichten S1 , S2, Sn sind fluchtend zueinander angeordnet, so dass sie bei Projektion in Hauptlichtführungsrich tung H des Schichtkörpers 2 fluchtend zueinander angeordnet sind bzw. sich fluch tend überdecken.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 ist das Optikelement 2 derart schichtweise mit Abschnitten An , A12, A13, A21 , A22, ... Anm ausgebildet, dass es hinsichtlich der optischen Wirkung einer herkömmlichen plankonvexen Linse 30 mit in einer lichteingangsseitig angeordneten ebenen Lichteintrittsfläche 31 und einer auf der der Lichtquelle 1 abgewandten Seite angeordneten konvexen Lichtaustrittsfläche 32 entspricht. Die vorbekannte Beleuchtungsvorrichtung mit der plankonvexen Linse 30 ist in Figur 1 seitlich versetzt zu dem Optikelement 2 angeordnet, um die Äquiva lenz des Optikelementes 2 zu der plankonvexen Linse 30 deutlich zu machen. Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den glei chen Bezugszeichen versehen.
Der Schichtkörper 2 gemäß Figur 1 weist in einem der Lichtquelle 1 zugewandten Teil (Hälfte) desselben eine Mehrzahl von Schichten S1 , ... Sp auf, die jeweils Abschnitte An, A-I 2, Ai 3, A21 , A22, ...Anm mit einem Material eines ersten Brechungsindex n1 auf weisen (weiße Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm). In einem zur Lichtquelle 1 abgewandten Teil (Hälfte) des Schichtkörpers 2 sind Schichten Spi, ... Sn angeordnet, deren Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm Material des ersten Brechungsindex n1 (weiße Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm) und ein Material des zweiten Bre chungsindex n2 (schwarze Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm) aufweisen. Die Verteilung der Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm des Materials des ersten Bre chungsindex n1 und des zweiten Brechungsindex n2 ist so gewählt, dass die Bre chung des Lichtes 5 in ein zur optischen Achse F fernen Bereich größer ist als in ei nem zur optischen Achse F nahen Bereich des Schichtkörpers 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm des Ma terials zweiter Brechungsindex n2 einem Bereich außerhalb der Lichtaustrittsfläche 32 der plankonvexen Linse 30, während die Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm des Materials erster Brechungsindex n1 einem Bereich innerhalb der plankonvexen Linse 30 entsprechen. Auf diese Weise kann einfach in Abhängigkeit von der Dimension einer herkömmlichen Linsenform auf die Verteilung der Materialpunkte bzw. Abschnit te An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm des Materials des ersten Brechungsindex n1 und des zweiten Brechungsindex n2 geschlossen werden.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist das Optikelement 2 eine quaderförmige Form auf. Insbesondere verlaufen die Lichteintrittsfläche S1 und die Lichtaustrittsfläche Sn paral lel und jeweils eben.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 2 ist ein Optikele ment 2‘ derart ausgebildet, dass es in seiner optischen Wirkung einer konvexen Linse 40 mit Hinterschneidungen 41 entspricht. Hierzu weisen die Schichten S1 , S2, ... Sn jeweils die Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm unterschiedlicher Materialien der Brechungsindex n1 und n2 auf, dass in Hauptlichtführungsrichtung H die Anzahl der in einer zur optischen Achse F fernen Bereich angeordneten Abschnitte Ay mit dem Bre chungsindex n1 und n2 mindestens viermal wechselt. Beispielhaft ist in Figur 2 eine Linie 10 dargestellt, die in Hauptlichtführungsrichtung H verläuft und sich in einem zu der optischen Achse F fernen Bereich befindet, in dem die Hinterschneidung 41 der herkömmlichen Linse 40 nachgebildet bzw. ausgebildet ist. Ausgehend von der Licht eintrittsschicht S1 ändert sich das Material bzw. der Brechungsindex n1 , n2 der Ab schnitte A in Hauptlichtführungsrichtung H bis zur lichtaustrittsseitigen Schicht Sn viermal, wobei beispielhaft die Schichten S20, S25 und S30 dargestellt sind. Die Schicht S20 verläuft in einer Ebene, in der die herkömmliche Linse 40 die maximale radiale Ausdehnung aufweist. Sie verläuft somit in der Ebene a. Die Schicht S25 ver läuft in einer Ebene b, in der die Linse 40 ihre geringste radiale Ausdehnung aufweist. Die Schicht S30 verläuft in einer Ebene c, in der die zweite maximale radiale Ausdeh nung der Linse 40 angeordnet ist. Während die Schichten S20 und S30 ausschließlich Abschnitte Ay aufweisen mit dem Brechungsindex n1 , weist die Schicht S25 aus schließlich Abschnitte Ay mit dem Brechungsindex n2 auf. Aus den Schnittpunkten der Linie 10 mit der Linse 40 wird deutlich, dass die Abschnitte Ay in einem Bereich zwi schen den Punkten 42 und 43 sowie 44 und 45 jeweils Material mit dem Brechungsin dex n1 und im Bereich zwischen den Punkten 43 und 44 Brechungsindex n2 aufwei sen.
Da die Linse 40 rotationssymmetrisch ausgebildet ist, ist auch die Verteilung der Ab schnitte Ay des Materials mit der ersten Brechzahl n1 und des Materials der zweiten Brechzahl n2 in dem Optikelement 2‘ rotationssymmetrisch zu der optischen Achse F angeordnet.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 4 ist ein Optikele ment 2“ vorgesehen, dessen Schichten S1 , S2, S3... Sn jeweils Abschnitte An, A12,
A13, A21 , A22, . . . Anm aufweisen, in denen Materialien mit der Brechzahl n1 (weiße Flä- che) und Brechzahl n2 (schwarze Fläche) und Brechzahl n3 (schraffierte Fläche) ver teilt angeordnet sind. In der Figur 4 sind lediglich beispielhaft einige Abschnitte A dar gestellt. Durch entsprechende Verteilung der Materialien der Brechzahlen n1 , n2, n3 lassen sich beliebige Lichtformungen erstellen.
Es versteht sich, dass die Brechzahlen n1 , n2, n3 einen unterschiedlichen Wert auf weisen.
An das Optikelement 2“ schließt sich auf der zur Lichtquelle 1 zugewandten Seite ein Träger 7 an, der vorzugsweise als ein refraktiver Körper ausgebildet ist. Seitlich an dem Träger 7 sind Halteelemente 8 (Haltemittel) angeformt, mittels derer die aus dem Optikelement 2“ und dem Träger 7 gebildete Baueinheit an dem Gehäuse 3 befestig bar ist.
Es versteht sich, dass die Optikelemente 2 und 2‘ gemäß den Figuren 1 und 2 eben falls fest mit dem Träger 7 verbunden sein können.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Optikelemente 2, 2‘, 2“ lichteingangs- und/oder lichtausgangsseitig mit einer Antire flexbeschichtung versehen sein.
Die Abschnitte An, A12, A13, A21, A22, ...Anm der Schichten S1 , S2, ... Sn bestehen je weils aus einem transparenten Polymermaterial.
Nach sequenziellen Aufträgen der Schichten S1 , S2, ... Sn wird das so hergestellte Op tikelement 2, 2‘, 2“ vorzugsweise einer Wärmebehandlung (z. B. Tempern) unterzo gen.
In Abhängigkeit von dem Brechungsindex n1 , n2, n3 der für die Abschnitte An, A12, A13, A21, A22, ...Anm verwendeten Materialien entstehen innerhalb des Optikelementes 2, 2‘, 2“ mehrfache Brechungen des Lichtes 5 Hauptlichtführungsrichtung H. Die Ab- schnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm entsprechen somit herkömmlichen Linsenele menten. Das kleinste Linsenelement entspricht einem Abschnitt An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm. Weisen mehrere benachbarte Abschnitte An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm die glei che Brechzahl n1 oder n2 oder n3 auf, hat das Linsenelement eine größere Dimensi on als der Abschnitt An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm. Das Optikelement 2, 2‘, 2“ weist somit eine Vielzahl von unterschiedlich großen Brechflächen auf, an denen eine Bre chung des Lichtes 5 zur Erzeugung der gewünschten Lichtverteilung bzw. Lichtfor mung bewirkt wird.
Der transparente Träger 7 ist vorzugsweise aus einem Glas- oder Polymermaterial gebildet.
Der Träger 7 kann als eine ebene glatte Platte oder mit an der Oberfläche versehenen Streuoptiken ausgebildet sein.
Die Lichtquelle 1 kann beispielsweise als eine LED-Lichtquelle ausgebildet sein.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Optikelement auch eine Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen Brechzahlen n1 , n2, n3, ... nn auf weisen.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Haltemittel 8 auch an dem Optikelement 2, 2‘, 2“ direkt angeformt sein.
Bezugszeichenliste
1 Lichtquelle
2,2‘,2“ Optikelement
3 Gehäuse
4 Abschlussscheibe
5 Licht
7 Träger
8 Halteelement
10 Linie
30 plankonvexe Linse
31 Lichteintrittsfläche
32 Lichtaustrittsfläche
40 konvexe Linse
41 Hinterschneidung
42 Punkte
43 Punkte
44 Punkte
45 Punkte
H Hauptlichtführungsrichtung
F optische Achse
S1 ,S2, ... Sn,Spi Schichten
A.. Abschnitte
ds Schichtdicke
n1 ,n2,n3... nn Brechzahlen
Z1 , ...Zn Zeilen
Sp1 , ... Spn Spalten

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge Patentansprüche
1. Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1 ) und mit ei ner Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit ein Optikelement (2, 2‘, 2“) mit einer Lichteintrittsfläche (S1 ) zur Einkopplung von durch die Lichtquelle (1 ) emittierten Licht (5) und mit einer beabstandet zu der Lichteintrittsfläche (S1 ) angeordneten Lichtaustritts fläche (Sn) zur Auskopplung des an der Lichteintrittsfläche (S1 ) eingekoppel ten und in Hauptlichtführungsrichtung (H) innerhalb des Optikelementes (2,
2‘, 2“) geführten Lichtes (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Op tikelement (2, 2‘, 2“) als ein Schichtkörper mit einer Mehrzahl von Schichten (S1 , S2, ... Sn) ausgebildet ist, wobei zu mindestens eine Anzahl der Schich ten (S1 , S2, ... Sn) jeweils Abschnitte (An, A12, A13, A21 , A22, ...Anm) von Mate rialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes (n1 , n2, n3) aufweisen.
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (S1 , S2, ... Sn) parallel zu der Lichteintrittsfläche (S1 ) und/oder zu der Lichtaustrittsfläche (Sn) des Optikelementes (2, 2‘, 2“) verlaufen.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (S1 , S2, ... Sn) eine gleiche Schichtdicke (ds) aufweisen.
4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (ds) in einem Bereich von 10 pm bis 30 pm liegt.
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schichten (S1 , S2, ... Sn) des Optikelementes (2, 2‘, 2“) einstückig miteinander verbunden sind, wobei benachbarten Schichten (S1 , S2, ... Sn) flächig aneinanderliegen.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Optikelement (2, 2‘, 2“) durch sequenzielles Aufträ gen der Schichten (S1 , S2, ... Sn) hergestellt ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass das Optikelement (2, 2‘, 2“) durch Aufdrucken der Schichten (S1 , S2, ... Sn) hergestellt ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass in Hauptlichtführungsrichtung (H) hintereinander ange ordnete Abschnitte (An, A12, A13, A21, A22, ...Anm) unterschiedliche Schichten (S1 , S2, ... Sn) aus Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes (n1 , n2) bestehen, so dass sich der Brechungsindex (n1 , n2) der Materialien mindes tens zweimal in Hauptlichtführungsrichtung (H) ändert.
9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Abschnitte (An, A12, A13, A21, A22, ...Anm) der jeweili gen Schichten (S1 , S2, ... Sn) matrixartig in Spalten (Sp1 , Sp2, ... Spn) und Zei len (Z1 , Z2, ...Zn) angeordnet sind, wobei die Abschnitte (An, A12, A13, A21, A22, . . . Anm) der Schichten (S1 , S2, ... Sn) jeweils die gleiche Größe aufweisen.
10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Abschnitte (An, A12, A13, A21, A22, ...Anm) der Schich ten (S1 , S2, ... Sn) in Hauptlichtführungsrichtung (H) projiziert fluchtend zuei nander angeordnet sind.
11. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass das Optikelement (2, 2‘, 2“) auf einem transparenten Träger (7) aufgebracht ist.
12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) als ein refraktiver Körper ausgebildet ist.
13. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass die Lichtquelle (1 ) und das Optikelement (2, 2‘, 2“) in einem topfförmigen Gehäuse (3) angeordnet sind, das von einer Abschluss scheibe (4) verschlossen ist.
14. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (S1 ) und/oder die Lichtaustrittsflä che (Sn) des Schichtkörpers (2, 2‘, 2“) mit einer Antireflexbeschichtung ver sehen ist.
15. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass der Schichtkörper (2, 2‘, 2“) und/oder der Träger (7) Hal temittel (8) aufweist zur Befestigung an dem Gehäuse (3) der Beleuchtungs vorrichtung.
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