WO2021176055A1 - Optisches element für eine leuchte und leuchte mit einem solchen optischen element - Google Patents

Optisches element für eine leuchte und leuchte mit einem solchen optischen element Download PDF

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WO2021176055A1
WO2021176055A1 PCT/EP2021/055591 EP2021055591W WO2021176055A1 WO 2021176055 A1 WO2021176055 A1 WO 2021176055A1 EP 2021055591 W EP2021055591 W EP 2021055591W WO 2021176055 A1 WO2021176055 A1 WO 2021176055A1
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groove structure
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lamp
propagation
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Marc Schwenkbeck
Roman LISKE
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Osram Gmbh
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an optical element for a lamp and a lamp with such an optical element as well as their use.
  • Luminaires with optical elements are often used, through which the light emitted by the illuminants can be shaped according to the application.
  • the known lights In the area of work lights or auxiliary lights for vehicles, however, the known lights only have a limited illumination range, for example a maximum radiation range of +/- 40 °. The suitability of these lights for broad illumination at larger distances, as would be desirable for work lights or apron lights of a vehicle, is therefore only given to a limited extent.
  • the aforementioned lights or the optical elements used here also have no spatially resolved beam shaping properties, so that the flexibility in the lighting design is limited.
  • the document DE 19704267 A1 discloses a signal light for motor vehicles with means for scattering the light. It includes a light source and a Receiving mirror and an optical plate for generating a signal light beam according to specified photometry in cooperation with the receiving mirror.
  • the optical disk has grooves extending along an alignment in a central zone and in edge zones.
  • the grooves of the central zone are cylindrical with a constant diameter in the axial direction of the grooves.
  • the grooves of the edge zones have a diameter that increases progressively from the inside to the associated edge parallel to the alignment of the grooves or along the grooves, ie perpendicular to a direction of propagation in which the grooves forming the groove structure are lined up. In conjunction with a corresponding groove structure on the collecting mirror, this should result in a reduced space requirement.
  • the document DE 102012206080 A1 discloses a lighting device for street lighting with a carrier, a light source arrangement and an optical element which is designed as an extruded profile, whereby a surface structure with mutually different decollimation strengths in respective areas of the optical through a microlens structure such as cylindrical lens, prisms or a wave structure Element is created.
  • a central area of the optical element has a greater degree of decollimation than the two outer areas surrounding it.
  • the document DE 102013207242 A1 discloses an arrangement with a light-emitting diode and a conversion element and a lens positioned above it.
  • the lens has a wave structure in a central area and a Fresnel structure in its edge area, which serves to focus and beam the light emitted by the conversion element.
  • the wave structure comprises a concave ring area in the middle and a convex ring area surrounding it, both of which serve to deflect light incident from outside away from the conversion element into an outer area.
  • the document DE 102004004778 A1 discloses a light-emitting diode lighting module and a radiation-shaping optical device for such a light-emitting diode lighting module.
  • the starting point is an optical element for a lamp, the optical element being designed as line optics with a symmetrical groove structure formed from waves.
  • the groove structure changes continuously starting from a center of symmetry in at least one direction of propagation of the groove structure.
  • the continuous change can be mathematically derived and can therefore be described as a function.
  • line optics refers to the formation of a line-shaped beam formation in the direction of propagation of the waves.
  • the radiation is perpendicular to the base of the waves or groove structure.
  • line-shaped projections are imaged for each angle, so that the illumination can be designed to be circular overall.
  • Corresponding optics are still understood as line optics with regard to their beam formation in the direction of propagation of the waves.
  • the optical element can include further functionalities, but at least it can also be formed by the line optics.
  • the center of symmetry can be designed as a point of symmetry or an axis of symmetry at which or on which the groove structure is imaged in at least one direction of propagation by reflection on itself. If the groove structure has several directions of propagation, the continuous change can also be provided in all directions of propagation.
  • the direction of propagation of the groove structure is understood to mean the direction or directions in which the waves forming the groove structure are each lined up.
  • the beam-shaping property of the optical element can be changed in a spatially resolved manner in order to widen the illumination as a whole.
  • the spatial resolution is clearly visible in the near field and increasingly depicts the overall illumination in the far field.
  • This can also make it possible to adapt to a changed radiation characteristic.
  • the symmetrical change can support symmetrical illumination in preferred directions. Illumination is understood here and also in the following to be an intensity distribution above a predetermined value.
  • the predetermined value of the intensity corresponds to an application-specific minimum value, for example to an intensity at a working distance, for example an intensity at a distance of 25 m for work lights or auxiliary lights of vehicles.
  • the wave spacings of the waves change continuously in the at least one direction of propagation of the groove structure.
  • the illumination in terms of its geometric extent in the direction of propagation of the waves can be increased compared to constant wave spacings. This can be used in a particularly advantageous manner for work lights or additional lights for vehicles, for example in a work area of about 25 m.
  • the illumination in terms of its geometric extent in the direction of propagation can be reduced by continuously increasing the wave spacing compared to constant wave spacing. This can be used to increase the intensity of the lighting in a central area.
  • the line optics have less and less influence on the radiation characteristics of the light sources as the distance from the center of symmetry increases.
  • the distance between the wave crests is chosen to be relatively small at the beginning in the center of symmetry, an optical effect can nevertheless be achieved in order to widen the illumination.
  • the deflection of the light rays is greatest in the center of symmetry and decreases towards the edges. With a continuous reduction in the distance between the waves, the deflection of the light rays in the center of symmetry is less and increases towards the edges.
  • the gradients of the waves change continuously in the at least one direction of propagation of the groove structure.
  • the illumination can be increased in terms of its geometric extension in the direction of propagation of the waves compared to constant gradients.
  • This can be used as an alternative or in addition to reducing the shaft spacing.
  • this measure can also be used for work lights or additional lights in vehicles.
  • the illumination in terms of its geometric extent in the direction of propagation can be reduced compared to constant gradients.
  • this also allows the intensity of the illumination to be increased in a central area.
  • the radii of the wave peaks and troughs change continuously from wave to wave of the groove structure.
  • the illumination in terms of its geometric extension in the direction of propagation of the waves can be increased compared to constant radii.
  • This can be used as an alternative or in addition to reducing the shaft spacings and / or increasing the gradients.
  • this measure can also be used for work lights or additional lights in vehicles.
  • the illumination in terms of its geometric extension in the direction of propagation can be reduced compared to constant radii.
  • the intensity of the illumination in a central area can hereby also be increased.
  • the groove structure is formed as a cosine function starting from the center of symmetry in the at least one direction of propagation.
  • the cosine function comprises at least one factor that changes continuously over the distance from the center of symmetry.
  • the cosine function contains at least the corresponding distance or another variable representing this distance in a variable manner.
  • both the distance between the wave peaks via the scaling s and the speed of the change in the distance between the wave peaks with every further period via the progression p are influenced.
  • a groove structure with larger values for the scaling s compared to smaller values for the scaling s with the same value of the progression p has smaller spacings.
  • a groove structure with larger values for the scaling s would have more wave crests over the same route.
  • a groove structure with larger values for the progression p compared to smaller values for the progression p with the same value of the scaling s has a faster change in the spacings.
  • a groove structure with larger values for the progression p would also have more wave crests over the same route.
  • the progression is 1.6 +/- 10%.
  • the progression p is thus preferably in the range from 1.44 to 1.76. If the progression p falls below the value of 1.44, the change in the wave spacing may be too small to be able to widen the illumination significantly.
  • the extension of line optics for work lights or additional lights of vehicles in the direction of propagation of the groove structure is a total of about 40 to 200 mm.
  • the change in the shaft spacings must be carried out sufficiently quickly over half the extent in each case in order to be able to implement a perceptible or application-specific sufficient expansion of the illumination. With larger values for the progression p, that is to say with values above 1.76, the beam expansion can be too great, so that due to the associated reduction in intensity, adequate illumination can no longer be achieved at the preferred working distance.
  • the scaling is 0.50 +/- 10%.
  • the scaling s is therefore preferably in the range from 0.45 to 0.55. If the scaling s falls below the value of 0.45, the distance between the wave crests may be too small to be able to widen the illumination significantly.
  • the statements on values of the progression p less than 1.44 correspond to the consequences of values that are too small for the scaling s.
  • the information on values of the progression greater than 1.76 can be transferred analogously to values for a scaling s greater than 0.55.
  • the groove structure is formed as a sine function starting from the center of symmetry in the at least one direction of propagation.
  • the sine function comprises at least one factor that continuously changes over the distance from the center of symmetry, according to the continuous change in the groove structure in the direction of propagation.
  • the sine function also contains at least the corresponding distance or some other variable representing this distance in a variable manner.
  • the first wave crest of the groove structure lies outside the center of symmetry or the groove structure starts with a wave trough starting from the center of symmetry.
  • a sine function can be considered in particular when the distance between the lighting means and / or the geometric extent or size of the lighting means is greater than the distance between the first wave crests or wave troughs in the center of symmetry.
  • sine or cosine function can also depend on the arrangement of several lamps or lights behind the optics. The influence of the function used in each case on the illumination becomes less the more light sources are used and the smaller the distance between the light sources.
  • the groove structure is linear or rotationally symmetrical.
  • the center of symmetry is formed from an axis of symmetry.
  • the groove structure is accordingly formed in a direction of propagation that runs perpendicular to the axis of symmetry.
  • the groove structure is preferably point-symmetrical and / or mirror-symmetrical along its direction of propagation.
  • the line optics in particular have a rectangular shape.
  • the line optics can be designed as a polygon or round.
  • a rotationally symmetrical groove structure has a symmetry point as the center of symmetry, from which point the groove structure is formed point-symmetrically. Accordingly, the waves of the groove structure form concentrically around the point of symmetry.
  • the line optics are in particular circular.
  • alternative configurations are possible, such as those mentioned for the linear formation of the groove structure for the line optics.
  • the line optics are planar at least on their side having the groove structure.
  • planar design of the line optics on its side having the groove structure simplifies the optical design of the line optics, in particular if the side of the line optics opposite the groove structure is also designed to be planar.
  • the term “plan” refers to the fact that the groove structure lies in a flat surface.
  • the line optics can be convex at least on its side having the groove structure.
  • the groove structure is shaped to be convex perpendicular to the direction of propagation of the waves.
  • the convex curvature takes place in the direction of the side of the line optics facing away from the groove structure.
  • the surface having the groove structure is thus curved outward.
  • a beam emerging from the groove structure through the line optics can be expanded in a direction perpendicular to the direction of propagation of the waves.
  • the line optics can be concave at least on its side having the groove structure.
  • the groove structure is shaped to be concave perpendicular to the direction of propagation of the waves.
  • the concave curvature takes place in a direction opposite to the side of the line optics facing away from the groove structure.
  • the surface having the groove structure is thus curved inward.
  • a beam emerging from the groove structure through the line optics can be focused in a direction perpendicular to the direction of propagation of the waves.
  • the focusing depending on the distance to the groove structure in the illumination perpendicular to the direction of propagation of the waves, it can be reduced or increased. This can advantageously be used to achieve an illumination in the far field that is enlarged in this direction.
  • the line optics can be formed from polymethyl methacrylate or polycarbonate.
  • Polymethyl methacrylate or also PMMA and polycarbonate or PC have a high availability and can be used flexibly in terms of their processability.
  • the line optics can also be made from other plastics with transmissive properties or glass, such as crown glass or flint glass.
  • a luminaire with at least one optical element is concerned, the luminaire having one or more illuminants which can shine through the line optics from a side facing away from the groove structure.
  • LEDs are preferably used as lighting means, which can be directly emitting or phosphorus-converting (pc), for example white.
  • the conversion layer can be located directly downstream of the LED exit surface or connected to it. Alternatively, however, the conversion layer can also be spaced apart from the LED exit surface, for example arranged in the manner of a dome over the LED exit surface.
  • the luminaire can also be designed in such a way that the optical element has a variable distance with respect to the lighting means and / or can be rotated and / or tilted about its main emission direction. As a result, the resulting illumination can be changed in a targeted manner.
  • a reflector associated with the respective illuminant is arranged between the one or more illuminants and the at least one optical element.
  • the lighting means can thus be assigned reflectors as primary optics, through the openings of which on the input side the light provided by the lighting means can be coupled in.
  • a first beam shaping and / or beam guidance is carried out in order to adapt the emitted light to the working area of the line optics.
  • the reflectors can have a parabolic, elliptical, Bezier or free-form shape.
  • the inner surface of the reflectors is specularly reflective, in particular chrome-plated.
  • the inner surface can be macrofaceted or microfaceted.
  • the luminaire has a plurality of illuminants which are arranged in a row, in particular in a plurality of rows, with respect to a plane perpendicular to the direction of radiation.
  • the luminaire has a plurality of illuminants which are arranged rotationally symmetrically with respect to an axis extending in the direction of emission.
  • six LEDs can form a circular arrangement, the emission directions of the LEDs being aligned parallel to one another. In this way, too, in particular in conjunction with the above reflectors, uniform illumination of the line optics can be achieved.
  • the rotationally symmetrical arrangement of the illuminants can also be combined with an arrangement of the illuminants in several rows.
  • several rows can comprise groups of rotationally symmetrical lighting means.
  • cross-shaped arrangements of the lighting means can also be used.
  • the lamp has a plurality of illuminants that can be operated individually or in groups.
  • the lighting means can be grouped, for example, with regard to their respective color, color temperature, power and / or arrangement. Such a grouping enables flexible illumination of the line optics, such as with regard to a color or color mixture, color temperature or color temperature distribution, an intensity or also shape.
  • the operation of the groups can include specific parameter setting and / or switching the respective groups on and off.
  • aspects and exemplary embodiments also relate to the use of an optical element described above or a light designed according to the previous statements for a work light or additional light of a vehicle.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an optical element according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of an optical element according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a perspective view of an optical element according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a perspective view of a lamp arrangement for a lamp according to a first embodiment
  • FIG. 5 shows a perspective view of a lighting arrangement for a lamp according to a second embodiment
  • FIG. 6 illumination by an optical element according to FIG. 1 by lighting means with and without a reflector.
  • the optical element 1 shows a perspective view of an optical element 1 according to a first embodiment.
  • the optical element 1 is designed as line optics 10 with a symmetrical groove structure 12 formed from waves 11.
  • the optical element 1 corresponds here to the line optics by way of example.
  • the line optics 10 is rectangular in shape and is planar both on its side having the groove structure 12 and on the opposite side.
  • a planar design of the side having the groove structure 12 is understood to mean that the groove structure 12 lies in a planar plane.
  • the extent of the line optics 10 in the direction of propagation of the groove structure 12 is preferably approximately 40 to 200 mm in total.
  • the groove structure 12 changes continuously on both sides in the direction of propagation of the waves 11 forming the groove structure 12.
  • the direction of propagation of the groove structure 12 corresponds to a direction parallel to the axis x.
  • the optical element 1 not only has a symmetry of the groove structure 12 with respect to the center of symmetry PO in the direction of propagation of the groove structure 12, but is also point-symmetrical in a direction perpendicular to the direction of propagation with respect to the axis x.
  • the center of symmetry PO is shown in FIG. 1 as a single point, but here, with regard to the mirror-symmetrical configuration of the groove structure 12 with respect to the axis z as the axis of symmetry, includes every point of this axis.
  • an axis y is shown, which extends perpendicular to the plane which is spanned by the axes x and z.
  • the groove structure 12 can accordingly be plotted in relation to the axes in the axis y over the axis x.
  • the value for x results from the distance from the center of symmetry PO in the direction of propagation of the waves 11, that is, a direction parallel to the axis x.
  • the value for the scaling s is here preferably 0.50 and for the progression p 1.6.
  • the optical element 1 can generate rectangular illumination, the width of which runs parallel to a projection of the x axis and the height of which runs parallel to a projection of the z axis, so that a linear illumination is formed.
  • FIG. 6 shows an example of illumination 40 by means of divergent light, that is to say by means of illuminants without a reflector, and illumination 30 by means of collimated light, that is to say by means of illuminants with a reflector, the illumination 30 having a higher intensity.
  • illumination 40 by means of divergent light
  • illumination 30 by means of collimated light
  • an illumination of 110 ° can be achieved, which results from an expansion of 55 ° on both sides of the center of symmetry PO
  • FIG. 2 shows a perspective view of an optical element 1 ′ according to a second embodiment.
  • the optical element 1 'of the second embodiment differs from the optical element 1 of the first embodiment in the concave curvature of the optical element 1 ' or the line optics 10 ' around the axis x, i.e. perpendicular to the direction of propagation of the groove structure 12.
  • the line optics 10 ' is accordingly the groove structure with respect to the 12 exhibiting side curved inward. Due to the concave curvature, the side facing away from the groove structure 12 , the radiation penetrating the line optics 10 ' is focused on a line parallel to the axis x according to the focal length caused by the curvature. At a sufficient distance from the line focus formed, the height of the illumination, that is, its extension parallel to the axis z, can thus be increased in the working distance.
  • FIG 3 shows a perspective view of an optical element 1 " according to a third embodiment.
  • the optical element 1 " or the line optics 10 " is designed to be rotationally symmetrical.
  • the groove structure 12 runs radially outward starting from the center of symmetry PO
  • the axis of rotation, which is formed by the axis y, is determined.
  • the waves 11 forming the groove structure 12 are shaped identically in every angle of rotation with respect to the axis y in the radial direction of propagation Sine function formed so that the center of symmetry PO is formed from a wave trough.
  • the rotationally symmetrical design of the line optics 10 ′′ reproduces a line-shaped illumination at every angle of rotation, with circular illumination being formed at a working distance when the line optics 10 ′′ is irradiated over the entire area.
  • FIG. 4 shows, for example, a perspective view of a lighting arrangement for a lamp 2 according to a first embodiment.
  • the luminaire 2 is not shown here in its entirety, but only the lighting means arrangement provided for this purpose.
  • This comprises a plurality of illuminants 21, which are designed in particular as LEDs, and reflectors 22 belonging to the respective illuminants 21, which surround the illuminants 21 on the radiation-emitting side in order to shape and / or guide the emitted radiation.
  • illuminants 21 which are designed in particular as LEDs
  • reflectors 22 belonging to the respective illuminants 21, which surround the illuminants 21 on the radiation-emitting side in order to shape and / or guide the emitted radiation.
  • three illuminants 21 with their respective reflectors 22 are arranged next to one another in two rows, the emission surfaces of the illuminants 21 preferably lying in one plane.
  • rectangular line optics such as line optics 10 or 10 ' , can be evenly illuminated via the lighting arrangement according to FIG.
  • Fig. 5 shows a perspective view of a lighting arrangement for a lamp 2 ' according to a second embodiment.
  • the illustration of the lamp 2 ' is limited to the lamp arrangement provided for this purpose.
  • reflectors 22 on the radiation-emitting side are assigned to the lighting means 21, which are also preferably formed here by LEDs, which reflectors form and / or guide the radiation emitted by the lighting means 21.
  • the lighting means 21 and their respective associated reflectors 22 are arranged in a circle around the axis y, which corresponds to the axis y in FIGS.
  • the direction of radiation of the radiation emitted by the lighting means 21 in cooperation with the reflectors runs parallel to the axis y for all the lighting means 21.
  • the emission surfaces of the lighting means 21 also preferably lie in one plane here.
  • circular line optics such as line optics 10 ′′
  • the optical elements 1, 1 'or 1 " can, for example, also be rotatable about the axis x, the axis y or the axis z or can be displaced in their directions in order to be able to specifically adapt an illumination at a working distance.
  • the groove structure 12 of the line optics 10 ′′ can also be described by a cosine function starting from the center of symmetry PO.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (1, 1´, 1´´) für eine Leuchte (2), wobei das optische Element (1, 1´, 1´´) als Linienoptik (10, 10´, 10´´) mit einer aus Wellen (11) gebildeten symmetrischen Rillenstruktur (12) ausgebildet ist und sich die Rillenstruktur (12) ausgehend von einem Symmetriezentrum (P0) in zumindest einer Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändert.

Description

OPTISCHES ELEMENT FÜR EINE LEUCHTE UND LEUCHTE MIT EINEM SOLCHEN OPTISCHEN ELEMENT
BESCHREIBUNG
Querverweis zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der nationalen deutschen Patentanmeldung Nr. 102020202923.7 in Anspruch, die am 6. März 2020 angemeldet wurde und deren Offenbarungsgehalt hierin vollumfänglich und für alle Zwecke durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element für eine Leuchte und eine Leuchte mit einem solchen optischen Element sowie deren Verwendung.
Stand der Technik
Vielfach werden Leuchten mit optischen Elementen eingesetzt, über die das von Leuchtmitteln ausgesendete Licht anwendungsspezifisch geformt werden kann. Gerade im Bereich von Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten für Fahrzeuge verfügen die bekannten Leuchten jedoch nur über eine begrenzte Ausleuchtungsbreite, beispielweise über einen maximalen Abstrahlbereich von +/- 40°. Die Eignung dieser Leuchten ist somit für eine breite Ausleuchtung in größeren Abständen, wie dies für Arbeitsleuchten oder Vorfeldleuchten eines Fahrzeugs wünschenswert wäre, nur bedingt gegeben. Auch weisen die vorgenannten Leuchten bzw. die hier eingesetzten optischen Elemente keine ortsaufgelösten Strahlformungseigenschaften auf, so dass die Flexibilität in der Ausleuchtungsgestaltung beschränkt ist.
Die Druckschrift DE 19704267 A1 offenbart eine Signalleuchte für Kraftfahrzeuge mit Mitteln zur Streuung des Lichts. Sie umfasst eine Lichtquelle und einen Auffangspiegel sowie eine optische Platte zum Erzeugen eines Signallichtbündels gemäß vorgegebener Photometrie in Zusammenwirkung mit dem Auffangspiegel. Die optische Platte weist in einer mittelern Zone und in Randzonen jeweils sich entlang einer Ausrichtung erstreckende Rillen auf. Die Rillen der mittleren Zone sind zylindrisch mit konstantem Durchmesser in axialer Richtung der Rillen. Die Rillen der Randzonen besitzen einen Durchmesser, der sich von innen zum zugehörigen Rand parallel zur Ausrichtung der Rillen bzw. entlang den Rillen fortschreitend vergrößert, d.h. senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung, in der die die Rillenstruktur bildenden Rillen jeweils aneinandergereiht sind. Im Zusammenspiel mit einer entsprechenden Rillenstruktur auf dem Auffangspiegel soll sich dadurch ein verringerter Bauraumbedarf ergeben.
Die Druckschrift DE 102012206080 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung zur Straßenbeleuchtung mit einem Träger, einer Lichtquellenanordnung und einem optischen Element, das als Strangprofil ausgebildet ist, wobei durch eine Mikrolinsenstruktur wie etwa Zylinderlinse, Prismen oder eine Wellenstruktur eine Oberflächenstruktur mit voneinander verschiedenen Dekollimationsstärken in jeweiligen Bereichen des optischen Elements geschaffen wird. Ein mittlerer Bereich des optischen Elements weist dabei eine größere Dekollimationsstärke auf als die ihn umgebenden beiden äußeren Bereiche.
Die Druckschrift DE 102013207242 A1 offenbart eine Anordnung mit einer Leuchtdiode und einem Konversionselement sowie einer darüber positionierten Linse. Die Linse besitzt in einem mittleren Bereich eine Wellenstruktur und in ienem Randbereich eine Fresnel-Struktur, die der Bündelung und Strahlformung des von dem Konversionselement abgestrahlten Lichts dient. Die Wellenstruktur umfasst einen konkaven Ringbereich in der Mitte sowie einen diesen umgebenden konvexen Ringbereich, die beide der Ablenkung von außen einfallenden Lichts weg von dem Konversionselement in einen Außenbereich dienen.
Die Druckschrift DE 102004004778 A1 offenbart ein Leuchtdioden- Beleuchtungsmodul und eine strahlungsformende optische Einrichtung für ein solches Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul. Darstellung von Aspekten und Ausführungsbeispielen
Es ist daher Aufgabe, ein optisches Element für eine Leuchte, insbesondere eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs, und eine entsprechende Leuchte mit einem solchen optischen Element bereitzustellen, die eine verbesserte anwendungsspezifische Ausleuchtung ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element für eine Leuchte mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, eine Leuchte mit einem solchen optischen Element nach Anspruch 15 und einer Verwendung des optischen Elements oder der Leuchte nach Anspruch 20.
Ausgangspunkt ist ein optisches Element für eine Leuchte, wobei das optische Element als Linienoptik mit einer aus Wellen gebildeten symmetrischen Rillenstruktur ausgebildet ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen verändert sich die Rillenstruktur ausgehend von einem Symmetriezentrum in zumindest einer Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur kontinuierlich. Die kontinuierliche Veränderung ist mathematisch ableitbar und kann somit als Funktion beschrieben werden.
Der Begriff der Linienoptik bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Ausbildung einer linienförmigen Strahlformung in Ausbreitungsrichtung der Wellen. Die Abstrahlung erfolgt senkrecht zur Grundfläche der Wellen bzw. Rillenstruktur. Durch eine rotationssymmetrische Ausbildung der Wellenstruktur, wie dies später nochmals aufgegriffen wird, werden für jeden Winkel linienförmige Projektionen abgebildet, so dass die Ausleuchtung insgesamt kreisförmig ausgebildet werden kann. Eine entsprechende Optik wird hinsichtlich ihrer Strahlformung in Ausbreitungsrichtung der Wellen immer noch als Linienoptik verstanden. Das optische Element kann neben einer Linienoptik weitere Funktionalitäten umfassen, zumindest aber durch die Linienoptik mit ausgebildet sein. Das Symmetriezentrum kann als Symmetriepunkt oder Symmetrieachse ausgebildet sein, an dem oder an der die Rillenstruktur in zumindest einer Ausbreitungsrichtung durch Spiegelung auf sich selbst abgebildet wird. Sofern die Rillenstruktur mehrere Ausbreitungsrichtungen aufweist, kann die kontinuierliche Veränderung auch in allen Ausbreitungsrichtungen vorgesehen werden. Als Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur werden in diesem Zusammenhang die Richtung oder die Richtungen verstanden, in der sich die die Rillenstruktur bildenden Wellen jeweils aneinanderreihen.
Durch die kontinuierliche Veränderung der Rillenstruktur in zumindest einer Ausbreitungsrichtung kann die Strahlformungseigenschaft des optischen Elements ortsaufgelöst verändert werden, um die Ausleuchtung insgesamt aufzuweiten. Die Ortsauflösung ist im Nahfeld deutlich sichtbar und bildet im Fernfeld zunehmend die Gesamtausleuchtung ab. Anderseits kann es hierdurch auch möglich sein, eine Anpassung an eine geänderte Einstrahlcharakteristik vorzunehmen. Durch die symmetrische Änderung kann eine symmetrische Ausleuchtung in Vorzugsrichtungen unterstützt werden. Als Ausleuchtung wird hier und auch im Folgenden eine Intensitätsverteilung oberhalb eines vorbestimmten Werts verstanden. Der vorbestimmte Wert der Intensität korrespondiert zu einem anwendungsspezifischen Mindestwert, beispielsweise zu einer Intensität im einem Arbeitsabstand, beispielsweise einer Intensität in einem Abstand von 25 m für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen.
In einer Ausgestaltung verändern sich die Wellenabstände der Wellen in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur kontinuierlich.
Durch eine kontinuierliche Verringerung der Wellenabstände kann die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung der Wellen gegenüber gleichbleibenden Wellenabständen vergrößert werden. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen genutzt werden, beispielsweise in einem Arbeitsbereich von etwa 25 m. Alternativ kann durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Wellenabstände die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung gegenüber gleichbleibenden Wellenabständen verringert werden. Dies kann dazu genutzt werden, die Intensität der Beleuchtung in einem zentralen Bereich zu erhöhen.
Durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Wellenabstände mit zunehmendem Abstand vom Symmetriezentrum kann beispielsweise in größeren Radien und geringeren Steigungen der Wellen resultieren. Dadurch nimmt die Linienoptik mit zunehmenden Abstand vom Symmetriezentrum immer weniger Einfluss auf die Abstrahlcharakteristik der Lichtquellen. Wird der Abstand der Wellenberge jedoch zu Beginn im Symmetriezentrum verhältnismäßig klein gewählt, so kann trotzdem ein optischer Effekt erzielt werden, um die Ausleuchtung aufzuweiten. Die Ablenkung der Lichtstrahlen ist dabei im Symmetriezentrum am größten und nimmt zu den Rändern hin ab. Bei einer kontinuierlichen Verringerung der Wellenabstände ist die Ablenkung der Lichtstrahlen im Symmetriezentrum geringer und nimmt zu den Rändern hin zu.
Alternativ oder ergänzend verändern sich Steigungen der Wellen in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur kontinuierlich.
Durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Steigungen kann die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung der Wellen gegenüber gleichbleibenden Steigungen vergrößert werden. Dies kann alternativ oder ergänzend zur Verringerung der Wellenabstände genutzt werden. Entsprechend kann diese Maßnahme gleichfalls für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen genutzt werden.
Alternativ kann durch eine kontinuierliche Verringerung der Steigungen die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung gegenüber gleichbleibenden Steigungen verringert werden. Auch hierdurch kann alternativ oder ergänzend zur Vergrößerung der Wellenabstände die Intensität der Beleuchtung in einem zentralen Bereich erhöht werden. Die hierdurch erreichbaren Effekte ergeben sich analog zu den Ausführungen zur Veränderung der Wellenabstände.
In einerweiteren Alternative oder Ergänzung verändern sich Radien der Wellenberge und Wellentäler von Welle zu Welle der Rillenstruktur kontinuierlich.
Durch eine kontinuierliche Verringerung der Radien kann die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung der Wellen gegenüber gleichbleibenden Radien vergrößert werden. Dies kann alternativ oder ergänzend zur Verringerung der Wellenabstände und/oder Vergrößerung der Steigungen genutzt werden. Entsprechend kann diese Maßnahme gleichfalls für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen genutzt werden.
Alternativ kann durch eine kontinuierliche Vergrößerung der Radien die Ausleuchtung im Sinne ihrer geometrischen Erstreckung in Ausbreitungsrichtung gegenüber gleichbleibenden Radien verringert werden. Auch hierdurch kann alternativ oder ergänzend zur Vergrößerung der Wellenabstände oder Verringerung der Steigungen die Intensität der Beleuchtung in einem zentralen Bereich erhöht werden.
Die mit der Veränderung der Radien der Wellenberge einhergehenden Effekte ergeben sich auch hier analog gemäß den Ausführungen zur Veränderung der Wellenabstände.
In einer Weiterbildung wird die Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Cosinus-Funktion ausgebildet.
Die Cosinus-Funktion umfasst dabei gemäß der kontinuierlichen Veränderung der Rillenstruktur in Ausbreitungsrichtung zumindest einen sich über den Abstand vom Symmetriezentrum kontinuierlich verändernden Faktor. Mit anderen Worten enthält die Cosinus-Funktion zumindest den entsprechenden Abstand oder eine andere, diesen Abstand in veränderlicher weise repräsentierende Größe. Durch die Beschreibung der Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum als Cosinus-Funktion liegt der erste Wellenberg der Rillenstruktur im Symmetriezentrum.
Die meisten Leuchten besitzen eine vertikale Symmetrieebene und auch die Leuchtmittel sind anhand dieser Symmetrieausgebildet. Die Verwendung einer Cosinus-Funktion ist in diesem Fall von Vorteil, da auch sie sich an der vertikalen Symmetrieebene spiegeln lässt.
Insbesondere werden die Wellen ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(xAp)) ausgebildet, wobei x den Abstand vom Symmetriezentrum (PO), p die Progression und s die Skalierung bezeichnen.
Über die Anwendung der vorstehenden Funktion wird in Abhängigkeit des Abstands vom Symmetriezentrum sowohl der Abstand der Wellenberge zueinander über die Skalierung s als auch die Geschwindigkeit der Änderung des Abstands der Wellenberge mit jeder weiteren Periode über die Progression p beeinflusst.
Ausgehend von einer Rillenstruktur mit vom Symmetriezentrum aus abnehmenden Abständen der Wellenberge weist eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Skalierung s gegenüber kleineren Werten für die Skalierung s bei gleichem Wert der Progression p kleinere Abstände auf. Mit anderen Worten würde eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Skalierung s auf gleicher Strecke mehr Wellenberge aufweisen.
Ausgehend von einer Rillenstruktur mit vom Symmetriezentrum aus abnehmenden Abständen der Wellenberge weist eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Progression p gegenüber kleineren Werten für die Progression p bei gleichem Wert der Skalierung s eine schnellere Änderung der Abstände auf. Mit anderen Worten würde eine Rillenstruktur mit größeren Werten für die Progression p auf gleicher Strecke ebenfalls mehr Wellenberge aufweisen. Durch die Anwendung der vorstehenden Funktion kann insbesondere die Vergrößerung der Ausleuchtung in Ausbreitungsrichtung der Wellen unterstützt werden.
In einer Ausgestaltung beträgt die Progression 1 ,6 +/- 10%.
Die Progression p liegt somit bevorzugt im Bereich von 1 ,44 bis 1 ,76. Fällt die Progression p unterhalb des Werts von 1 ,44 kann die Änderung der Wellenabstände zu gering sein, um die Ausleuchtung noch wesentlich aufweiten zu können. Beispielsweise liegt die Erstreckung einer Linienoptik für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen in Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur insgesamt etwa 40 bis 200 mm. Somit ist die Änderung der Wellenabstände aus Symmetriegründen über jeweils die halbe Erstreckung ausreichend schnell vorzunehmen, um eine wahrnehmbare bzw. applikationsspezifisch ausreichende Aufweitung der Ausleuchtung umsetzen zu können. Bei größeren Werten für die Progression p, also bei Werten oberhalb von 1 ,76, kann eine zu große Strahlaufweitung erfolgen, so dass aufgrund der damit einhergehenden Intensitätsverringerung keine ausreichende Ausleuchtung im bevorzugten Arbeitsabstand mehr erzielt kann.
Alternativ oder ergänzend beträgt die Skalierung 0,50 +/- 10%.
Die Skalierung s liegt somit bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,55. Fällt die Skalierung s unterhalb des Werts von 0,45 kann der Abstand der Wellenberge zu gering sein, um die Ausleuchtung noch wesentlich aufweiten zu können. Die Ausführungen zu Werten der Progression p kleiner als 1 ,44 korrespondieren zu den Folgen zu kleiner Werte für die Skalierung s. Analog sind die Angaben zu Werten der Progression größer als 1 ,76 auf Werte für eine Skalierung s größer 0,55 übertragbar.
Für die Ausbildung der Wellen ausgehend vom Symmetriezentrum gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(xAp)) hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, sowohl die Werte für die Progression p als auch für die Skalierung s auf die jeweils vorstehend angegebenen Wertebereich zu beschränken. Hierdurch kann insbesondere für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen im Fernfeld, beispielsweise in einem Arbeitsabstand von 25 m, in Ausbreitungsrichtung der Wellen eine Ausleuchtung von 110° erzielt werden, die sich aus einer Aufweitung von jeweils 55° beiderseitig vom Symmetriezentrum ergibt.
In einer Ausgestaltung wird die Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Sinus-Funktion ausgebildet.
Vergleichbar zur Cosinus-Funktion umfasst die Sinus-Funktion dabei gemäß der kontinuierlichen Veränderung der Rillenstruktur in Ausbreitungsrichtung zumindest einen sich über den Abstand vom Symmetriezentrum kontinuierlich verändernden Faktor. Mit anderen Worten enthält auch die Sinus-Funktion zumindest den entsprechenden Abstand oder eine andere, diesen Abstand in veränderlicher Weise repräsentierende Größe.
Durch die Beschreibung der Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum als Sinus-Funktion liegt der erste Wellenberg der Rillenstruktur außerhalb des Symmetriezentrums bzw. beginnt die Rillenstruktur ausgehend vom Symmetriezentrum mit einem Wellental.
Eine Sinus-Funktion kann insbesondere dann in Betracht gezogen werden, wenn der Abstand des Leuchtmittels und/oder die geometrische Ausdehnung bzw. Größe des Leuchtmittels größer ist als der Abstand der ersten Wellenberge bzw. Wellentäler im Symmetriezentrum.
Die Anwendung einer Sinus- oder Cosinus-Funktion kann auch abhängig von der Anordnung mehrerer Leuchtmittel oder Leuchten hinter der Optik sein. Der Einfluss der jeweils angewendeten Funktion auf die Ausleuchtung wird dabei umso geringer, je mehr Lichtquellen verwendet werden und umso geringer der Abstand zwischen den Lichtquellen ist.
Insbesondere ist die Rillenstruktur linear oder rotationssymmetrisch ausgebildet. Bei einer linearen Ausbildung der Rillenstruktur wird das Symmetriezentrum aus einer Symmetrieachse gebildet. Die Rillenstruktur bildet sich demnach in einer Ausbreitungsrichtung aus, die senkrecht zur Symmetrieachse verläuft. Bevorzugt ist die Rillenstruktur entlang ihrer Ausbreitungsrichtung dabei punktsymmetrisch und/oder spiegelsymmetrisch. Die Linienoptik weist in dieser Ausgestaltung insbesondere eine rechteckige Form auf. Alternativ kann die Linienoptik als Polygon oder rund ausgeführt werden.
Im Gegensatz dazu weist eine rotationssymmetrische Rillenstruktur als Symmetriezentrum einen Symmetriepunkt auf, von dem aus die Rillenstruktur punktsymmetrisch ausgebildet. Demnach bilden sich die Wellen der Rillenstruktur konzentrisch um den Symmetriepunkt aus. Die Linienoptik ist in dieser Ausgestaltung insbesondere kreisförmig. Auch hier sind alternative Ausgestaltungen möglich, wie sie zur linearen Ausbildung der Rillenstruktur für die Linienoptik angeführt wurden.
In einer Ausführung ist die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite plan ausgebildet.
Durch die plane Ausbildung der Linienoptik auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite vereinfacht sich die optische Auslegung der Linienoptik, insbesondere wenn auch die der Rillenstruktur gegenüberliegende Seite der Linienoptik ebenfalls plan ausgebildet ist. Der Begriff "plan" bezieht sich im Hinblick auf die Rillenstruktur darauf, dass die Rillenstruktur in einer ebenen Fläche liegt.
Alternativ kann die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite konvex ausgebildet ist.
Insbesondere wird beispielsweise bei einer linearen Rillenstruktur die Rillenstruktur senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen konvex ausgeformt. Die konvexe Krümmung erfolgt in Richtung der der Rillenstruktur abgewandten Seite der Linienoptik. Die die Rillenstruktur aufweisende Fläche ist somit nach außen gekrümmt. Hierdurch kann ein durch die Linienoptik aus der Rillenstruktur austretender Strahl in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen aufgeweitet werden. In einer weiteren Alternative kann die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur aufweisenden Seite konkav ausgebildet ist.
Insbesondere wird beispielsweise bei einer linearen Rillenstruktur die Rillenstruktur senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen konkav ausgeformt. Die konkave Krümmung erfolgt in einer Richtung entgegen der der Rillenstruktur abgewandten Seite der Linienoptik. Die die Rillenstruktur aufweisende Fläche ist somit nach innen gekrümmt. Hierdurch kann ein durch die Linienoptik aus der Rillenstruktur austretender Strahl in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen fokussiert werden. Durch die Fokussierung kann in Abhängigkeit des Abstands zur Rillenstruktur in Ausleuchtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Wellen verringert oder vergrößert werden. Dies kann in vorteilhafter weise dazu genutzt werden, eine in dieser Richtung vergrößerte Ausleuchtung im Fernfeld zu erzielen.
Bei dem optischen Element kann die Linienoptik aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat ausgebildet sein.
Polymethylmethacrylat oder auch PMMA und Polycarbonat oder auch PC weisen eine hohe Verfügbarkeit auf und sind hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit flexibel einsetzbar. Alternativ kann die Linienoptik aber auch aus anderen Kunststoffen mit transmissiven Eigenschaften oder auch Glas, wie Kronglas oder Flintglas gebildet werden.
In einem weiteren Aspekt ist eine Leuchte mit zumindest einem optischen Element gemäß den vorstehenden Ausführungen betroffen, wobei die Leuchte ein oder mehrere Leuchtmittel aufweist, das oder die die Linienoptik von einer der Rillenstruktur abgewandten Seite aus durchstrahlen können.
Bevorzugt werden als Leuchtmittel LEDs eingesetzt, die direkt emittierend oder phosphor-konvertierend (pc), beispielsweise weiß, sein können. Im Falle phosphor konvertierender LEDs kann die Konversionsschicht der LED-Austrittsfläche direkt nachgelagert oder mit ihr verbunden sein. Alternativ kann die Konversionsschicht aber auch von der LED-Austrittsfläche beabstandet werden, beispielsweise domartig über der LED-Austrittsfläche angeordnet sein.
Die Leuchte kann zudem derart ausgebildet sein, dass das optische Element in Bezug auf die Leuchtmittel einen veränderbaren Abstand aufweist und/oder um seine Hauptabstrahlrichtung gedreht und/oder verkippt werden kann. Folglich kann die resultierende Ausleuchtung gezielt verändert werden.
In einer Ausgestaltung ist zwischen dem einen oder den mehreren Leuchtmitteln und dem zumindest einen optischen Element ein dem jeweiligen Leuchtmittel zugehöriger Reflektor angeordnet.
Den Leuchtmitteln können somit Reflektoren als Primäroptiken zugeordnet werden, durch deren eingangsseitige Öffnungen das durch die Leuchtmittel bereitgestellte Licht eingekoppelt werden kann. Hierdurch wird eine erste Strahlformung und/oder Strahlführung vorgenommen, um das emittierte Licht auf den Arbeitsbereich der Linienoptik anzupassen. Die Reflektoren können hierzu eine parabolische, elliptische, Bezier- oder freiförmig ausgeführte Form aufweisen. Die innere Oberfläche der Reflektoren ist spekular reflektierend, insbesondere verchromt ausgebildet. Zudem kann die innere Oberfläche makro- oder mikrofacettiert sein.
In einer Ausführung weist die Leuchte mehrere Leuchtmittel auf, die Bezug auf eine zur Abstrahlungsrichtung senkrechte Ebene in einer Reihe, insbesondere in mehreren Reihen, angeordnet sind.
Beispielsweise sind je drei LEDs nebeneinander in zwei Reihen angeordnet. Die Anordnung erfolgt insbesondere spiegelsymmetrisch, d.h. die LEDs einer Reihe weisen keinen Versatz zu den LEDs der anderen Reihe auf. Durch die Anordnung mehrerer Leuchtmittel in mehreren Reihen, insbesondere in Verbindung mit den vorstehenden Reflektoren, kann eine gleichmäßige Ausleuchtung der Linienoptik erzielt werden. Alternativ oder ergänzend weist die Leuchte mehrere Leuchtmittel aufweist, die in Bezug auf eine sich in Abstrahlungsrichtung erstreckende Achse rotationssymmetrisch angeordnet sind.
Beispielsweise können sechs LEDs eine Kreisanordnung ausbilden, wobei die Abstrahlungsrichtungen der LEDs parallel zueinander ausgerichtet sind. Auch hierüber kann, insbesondere in Verbindung mit den vorstehenden Reflektoren, eine gleichmäßige Ausleuchtung der Linienoptik erzielt werden.
Die rotationssymmetrische Anordnung der Leuchtmittel kann auch mit einer Anordnung der Leuchtmittel in mehreren Reihen kombiniert werden. Beispielsweise können mehrere Reihen Gruppen rotationssymmetrisch angeordneter Leuchtmittel umfassen. Alternativ oder ergänzend sind auch kreuzförmige Anordnungen der Leuchtmittel einsetzbar.
In einer Weiterbildung weist die Leuchte mehrere Leuchtmittel auf, die einzeln oder gruppenweise betrieben werden können.
Die Leuchtmittel können hierzu beispielsweise in Bezug auf ihre jeweilige Farbe, Farbtemperatur, Leistung und/oder Anordnung gruppiert werden. Eine solche Gruppierung ermöglicht die flexible Ausleuchtung der Linienoptik, wie hinsichtlich eine Farbe oder Farbmischung, Farbtemperatur oder Farbtemperaturverteilung, einer Intensität oder auch Form. Der Betrieb der Gruppen kann spezifische Parametereinstellung und/oder ein Ein- und Ausschalten der jeweiligen Gruppen umfassen.
Aspekte und Ausführungsbeispiele betreffen auch die Verwendung eines vorstehend beschriebenen optischen Elements oder einer gemäß den vorherigen Ausführungen ausgebildeten Leuchte für eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs.
Die zum optischen Element und zur Leuchte angegebenen Vorteile sind gleichermaßen auf die Verwendung für eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs anzuwenden. Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Es zeigen:
Fig.1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte gemäß einer ersten Ausgestaltung;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
Fig. 6 Ausleuchtung durch ein optisches Element gemäß Fig.1 durch Leuchtmittel mit und ohne Reflektor.
Bevorzugte Ausführungsform (en)
Fig.1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das optische Element 1 ist als Linienoptik 10 mit einer aus Wellen 11 gebildeten symmetrischen Rillenstruktur 12 ausgebildet. Das optische Elementen 1 stimmt hier, wie auch in den anderen gezeigten Ausführungsformen, mit der Linienoptik exemplarisch überein. Die Linienoptik 10 ist rechteckig geformt und sowohl auf ihrer die Rillenstruktur 12 aufweisenden wie auch der gegenüberliegenden Seite plan ausgebildet. Als plane Ausbildung der die Rillenstruktur 12 aufweisenden Seite wird verstanden, dass die Rillenstruktur 12 in einer planen Ebene liegt. Die Erstreckung der Linienoptik 10 in Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12 beträgt vorzugsweise insgesamt etwa 40 bis 200 mm.
Ausgehend von einem Symmetriezentrum PO verändert sich die Rillenstruktur 12 beidseitig in Ausbreitungsrichtung der die Rillenstruktur 12 bildenden Wellen 11 kontinuierlich. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht die Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12 einer Richtung parallel zur Achse x.
Das optische Element 1 weist nicht nur eine Symmetrie der Rillenstruktur 12 in Bezug auf das Symmetriezentrum PO in Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12 aus, sondern ist auch in einer Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung in Bezug auf die Achse x punktsymmetrisch. Das Symmetriezentrum PO ist in Fig. 1 als einzelner Punkt dargestellt, umfasst hier aber hinsichtlich der spiegelsymmetrischen Ausgestaltung der Rillenstruktur 12 in Bezug auf die Achse z als Symmetrieachse jeden Punkt dieser Achse. Gezeigt ist darüber hinaus eine Achse y, die sich senkrecht zur Ebene, die durch die Achsen x und z aufgespannt wird, erstreckt. Die Rillenstruktur 12 kann in Bezug auf die Achsen demnach in der Achse y über die Achse x aufgetragen werden. Die die Rillenstruktur 12 ausbildenden Wellen 11 werden gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(xAp)) gebildet. Der Wert für x ergibt sich aus dem Abstand zum Symmetriezentrum PO in Ausbreitungsrichtung der Wellen 11, also einer Richtung parallel zur Achse x. Der Wert für die Skalierung s beträgt hier vorzugsweise 0,50 und für die Progression p 1,6. Das optische Element 1 kann eine rechteckige Ausleuchtung erzeugen, deren Breite parallel zu einer Projektion der Achse x und deren Höhe parallel zu einer Projektion der Achse z verläuft, so dass eine linienförmige Ausleuchtung gebildet wird. Hierzu zeigt Fig. 6 exemplarisch eine Ausleuchtung 40 durch divergentes Licht, also durch Leuchtmittel ohne Reflektor, und eine Ausleuchtung 30 durch kollimiertes Licht, also durch Leuchtmittel mit Reflektor, wobei die Ausleuchtung 30 eine höhere Intensität aufweist. In Ausbreitungsrichtung der Wellen 11 kann eine Ausleuchtung von 110° erzielt werden, die sich aus einer Aufweitung von jeweils 55° beiderseitig vom Symmetriezentrum PO ergibt
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements 1 ' gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das optische Element 1 ' der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem optischen Element 1 der ersten Ausführungsform durch die konkave Krümmung des optischen Elements 1 ' bzw. der Linienoptik 10' um die Achse x, also senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur 12. Die Linienoptik 10' ist demnach in Bezug auf die die Rillenstruktur 12 aufweisende Seite nach innen gekrümmt. Durch die konkave Krümmung wird die von der Rillenstruktur 12 abgewandten Seite die Linienoptik 10' durchdringende Strahlung auf eine zur Achse x parallele Linie gemäß der durch die Krümmung bedingten Brennweite fokussiert. In ausreichendendem Abstand zum gebildeten Linienfokus kann somit die Höhe der Ausleuchtung, also deren Erstreckung parallel zur Achse z, im Arbeitsabstand vergrößert werden.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements 1 " gemäß einer dritten Ausführungsform. Das optische Element 1 " bzw. die Linienoptik 10" ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Rillenstruktur 12 verläuft ausgehend vom Symmetriezentrum PO radial nach außen. Das Symmetriezentrum wird hier durch die Rotationsachse, die durch die Achse y gebildet wird, bestimmt. Die die Rillenstruktur 12 bildenden Wellen 11 werden in jedem Drehwinkel in Bezug auf die Achse y in radialer Ausbreitungsrichtung gleich geformt. Exemplarisch wird die Rillenstruktur 12 ausgehend vom Symmetriezentrum PO nicht als Cosinus-, sondern Sinus-Funktion ausgebildet, so dass das Symmetriezentrum PO aus einem Wellental gebildet wird.
Die rotationssymmetrische Ausgestaltung der Linienoptik 10" bildet in jedem Drehwinkel eine linienförmige Ausleuchtung ab, wobei bei vollflächiger Durchstrahlung der Linienoptik 10" durch die Superposition der einzelnen Linien eine kreisförmige Ausleuchtung in einem Arbeitsabstand gebildet wird.
Zur Durchstrahlung der vorstehenden Linienoptiken 10, 10' oder 10" weist eine Leuchte 2 oder 2', wie sie in Bezug auf die Fig. 4 und Fig. 5 beschrieben werden, ein entsprechendes optisches Element 1, 1 ' oder 1 " und zumindest ein Leuchtmittel 21 auf. Das zumindest eine Leuchtmittel 21 durchstrahlt die Linienoptiken 10, 10'oder 10" von einer der Rillenstruktur 12 abgewandten Seite. Fig. 4 zeigt beispielsweise eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte 2 gemäß einer ersten Ausgestaltung. Die Leuchte 2 ist hier nicht vollständig gezeigt, sondern lediglich die hierfür vorgesehene Leuchtmittelanordnung. Diese umfasst mehrere Leuchtmittel 21, die insbesondere als LEDs ausgebildet sind, und den jeweiligen Leuchtmitteln 21 zugehörige Reflektoren 22, die die Leuchtmittel 21 auf strahlungsemittierenden Seite umgeben, um die emittierte Strahlung zu formen und/oder zu führen. In der dargestellten Leuchtmittelanordnung sind je drei Leuchtmittel 21 mit ihren jeweiligen Reflektoren 22 nebeneinander in zwei Reihen angeordnet, wobei die Emissionsflächen der Leuchtmittel 21 vorzugsweise in einer Ebene liegen. Insbesondere rechteckige Linienoptiken, wie die Linienoptiken 10 oder 10', können über die Leuchtmittelanordnung gemäß Fig. 4 gleichmäßig ausgeleuchtet werden, wodurch auch eine gleichmäßige Ausleuchtung im Arbeitsabstand, insbesondere in Randbereichen im Fernfeld bei etwa 25 für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen, erzielbar ist.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leuchtmittelanordnung für eine Leuchte 2' gemäß einer zweiten Ausgestaltung. Auch hier beschränkt sich die Darstellung der Leuchte 2' auf die hierfür vorgesehene Leuchtmittelanordnung. Den Leuchtmitteln 21 , die hier ebenfalls vorzugsweise durch LEDs gebildet werden, sind wie in der ersten Ausgestaltung auf der strahlungsemittierenden Seite Reflektoren 22 zugeordnet, die die emittierte Strahlung der Leuchtmittel 21 formen und/oder führen. Die Leuchtmittel 21 und ihren jeweils zugehörigen Reflektoren 22 sind kreisförmig um die Achse y, die zur Achse y in den Figuren 1 bis 3 korrespondiert, angeordnet. Die Abstrahlungsrichtung der durch die Leuchtmittel 21 im Zusammenwirken den Reflektoren emittierten Strahlung verläuft hierfür alle Leuchtmittel 21 parallel zur Achse y. Die Emissionsflächen der Leuchtmittel 21 liegen auch hiervorzugsweise in einer Ebene. Insbesondere kreisförmige Linienoptiken, wie die Linienoptik 10", können über die Leuchtmittelanordnung gemäß Fig. 5 gleichmäßig ausgeleuchtet werden, wodurch auch eine gleichmäßige Ausleuchtung im Arbeitsabstand, insbesondere in Randbereichen im Fernfeld bei etwa 25 m für Arbeitsleuchten oder Zusatzleuchten von Fahrzeugen, erzielbar ist. Die Leuchtmittelanordnungen der Leuchten 2 und 2' sind in Bezug auf die Linienoptiken 10, 10'oder 10" insbesondere so angeordnet, dass die Rillenstruktur 12 zumindest auf Höhe der Achse x mit senkrechtem Einstrahlwinkel durchlaufen wird. Die optischen Elemente 1 , 1 'oder 1 " können aber beispielsweise auch um die Achse x, die Achse y oder die Achse z drehbar oder in deren Richtungen verschiebbar sein, um eine Ausleuchtung in einem Arbeitsabstand gezielt anpassen zu können.
Aspekte des hier gemachten Vorschlags sind nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Ausgestaltungen beschränkt. Insbesondere sind bestimmte Merkmale einer Ausführungsform oder Ausgestaltung grundsätzlich auch auf andere Ausführungsformen oder Ausgestaltungen anwendbar, sofern sich dies nicht vernünftigerweise ausschließt. Auch wenn die näher beschriebenen optischen Elemente jeweils eine zur durch die Rillenstruktur 12 gebildeten Ebene parallele der Rillenstruktur 12 gegenüberliegende Seite aufweisen, kann diese gegenüberliegende Seite auch variable Abstände aufweisen, um die Strahlformung einer
Leuchtmittelanordnung weiter zu beeinflussen. Zudem kann beispielsweise auch die Rillenstruktur 12 der Linienoptik 10" ausgehend vom Symmetriezentrum PO durch eine Cosinus-Funktion beschrieben werden.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 1 1 optisches Element
2, 2' Leuchte
1 10 10 Linienoptik 11 Welle 12 Rillenstruktur 21 Leuchtmittel 22 Reflektor 30 Ausleuchtung durch kollimiertes Licht 40 Ausleuchtung durch divergentes Licht PO Symmetriezentrum

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optisches Element (1 , 1 1 ") für eine Leuchte (2), wobei das optische Element (1 , 1 1 ") als Linienoptik (10, 10', 10") mit einer aus Wellen (11 ) gebildeten symmetrischen Rillenstruktur (12) ausgebildet ist und sich die Rillenstruktur (12) ausgehend von einem Symmetriezentrum (PO) in zumindest einer Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändert.
2. Optisches Element (1 , 1 1 ") nach Anspruch 1 , wobei sich Wellenabstände der Wellen (11 ) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändern.
3. Optisches Element (1 , 1 1 ") nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich Steigungen der Wellen (11 ) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändern.
4. Optisches Element (1 , 1 1 ") nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich Radien der Wellenberge und Wellentäler von Welle (11 ) zu Welle (11 ) der Rillenstruktur (12) kontinuierlich verändern.
5. Optisches Element (1 , 1 ') nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rillenstruktur (12 ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Cosinus-Funktion ausgebildet wird.
6. Optisches Element (1 , 1 ') nach Anspruch 5, wobei die Wellen (11 ) ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) gemäß der Funktion f(x) = cos(s*(xAp)) ausgebildet werden, wobei x den Abstand vom Symmetriezentrum (PO), p die Progression und s die Skalierung bezeichnen.
7. Optisches Element (1 , 1 ') nach Anspruch 6, wobei die Progression 1 ,6 +/- 10% beträgt.
8. Optisches Element (1 , 1 ') nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Skalierung 0,50 +/- 10% beträgt.
9. Optisches Element (1 ") nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rillenstruktur (12) ausgehend vom Symmetriezentrum (PO) in der zumindest einen Ausbreitungsrichtung als Sinus-Funktion ausgebildet wird.
10. Optisches Element (1, 1 1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rillenstruktur linear oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
11. Optisches Element (1 , 1 ") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linienoptik (10, 10") zumindest auf ihrer die Rillenstruktur (12) aufweisenden Seite plan ausgebildet ist.
12. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Linienoptik zumindest auf ihrer die Rillenstruktur (12) aufweisenden Seite konvex ausgebildet ist.
13. Optisches Element (1 ') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Linienoptik (10") zumindest auf ihrer die Rillenstruktur (12) aufweisenden Seite konkav ausgebildet ist.
14. Optisches Element (1 , 1 ', 1 ") nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Linienoptik (10, 10', 10") aus Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat ausgebildet ist.
15. Leuchte (2, 2') mit zumindest einem optischen Element (1 , 1 ', 1 ") nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Leuchte (2) ein oder mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, das oder die die Linienoptik (10, 10', 10") von einer der Rillenstruktur (12) abgewandten Seite aus durchstrahlen können.
16. Leuchte (2, 2') nach Anspruch 15, wobei zwischen dem einen oder den mehreren Leuchtmitteln (21) und dem zumindest einen optischen Element (1, 1 ', 1 ") ein dem jeweiligen Leuchtmittel (21) zugehöriger Reflektor (22) angeordnet ist.
17. Leuchte (2) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Leuchte (2) mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, die Bezug auf eine zur Abstrahlungsrichtung senkrechte Ebene in einer Reihe, insbesondere in mehreren Reihen, angeordnet sind.
18. Leuchte (2') nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Leuchte (2') mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, die in Bezug auf eine sich in Abstrahlungsrichtung erstreckende Achse rotationssymmetrisch angeordnet sind.
19. Leuchte (2, 2') nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Leuchte (2, 2') mehrere Leuchtmittel (21) aufweist, die einzeln oder gruppenweise betrieben werden können.
20. Verwendung eines optischen Elements (1, 1 ', 1 ") nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder einer Leuchte (2, 2') nach einem der Ansprüche 15 bis 19 für eine Arbeitsleuchte oder Zusatzleuchte eines Fahrzeugs.
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