WO2015031925A1 - Optische struktur mit einer mikrostruktur mit quadratischer streufunktion - Google Patents

Optische struktur mit einer mikrostruktur mit quadratischer streufunktion Download PDF

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Andreas Moser
Dietmar KIESLINGER
Josef Pürstinger
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    • F21W2102/10—Arrangement or contour of the emitted light
    • F21W2102/17—Arrangement or contour of the emitted light for regions other than high beam or low beam
    • F21W2102/18—Arrangement or contour of the emitted light for regions other than high beam or low beam for overhead signs

Definitions

  • the invention relates to an optical structure for a lighting device of a motor vehicle headlight, which lighting device is designed to emit light, which forms a predetermined light distribution of light emitted by the lighting device.
  • the invention relates to a lighting device for a vehicle headlight with such an optical structure.
  • the invention relates to a vehicle headlight with at least one such lighting device.
  • HD line bright-dark line
  • minimum and maximum light intensities are required in certain regions. These act as a "signlight” and allow the illumination of overhead directional signs when illuminated by passing vehicles.
  • the light intensities used are usually above the usual stray light values but far below the light levels below the HD line. The required light values must be achieved with the least possible glare become.
  • Signal is usually realized by special facets in the projection lens (size at least a few millimeters) or by discrete, small elevations.
  • the disadvantage of this is in particular that these structures are perceived from the outside as bright points of light and thus increasingly rejected, especially for design reasons.
  • such devices are tuned to the underlying optical system - if changes are made, the desired function is no longer ensured.
  • the quantification of this HD transition is made by the maximum of a gradient along a vertical section through the light-dark boundary.
  • the logarithm of the illuminance is calculated at measuring points in 0.1 ° intervals and their difference is formed, whereby the gradient function is obtained.
  • the maximum of this function is called the gradient of the HD boundary. Since this definition imitates the perception of human brightness only in an inaccurate manner, differently perceived HD lines can have the same measured gradient value or different gradients can be measured for similar-looking HD lines.
  • Gradient softening is usually done by changing the lens surface, a lens of a lighting device.
  • various solutions are in use: For example, a softer HD limit can be achieved by random roughening of the lens surface, however, this leads to dazzling oncoming road users.
  • modulation e.g., superposition of two sine waves, small pits in the form of sphere sections, etc.
  • Such solutions are highly dependent on the luminous flux distribution through the lens, changes in this regard, for example by varying the lighting technology, then have a strong and sometimes negative impact on the generated luminous flux distribution.
  • segmented light distributions Such are used, for example, in the generation of dynamic light distributions, such as a dynamic high beam distribution.
  • dynamic light distribution is built up from a number of individual light distributions.
  • individual light sources which is assigned in each case an optical attachment, respectively, a small segment generated in the light image, the superposition of these light segments then gives the entire light distribution.
  • individual segments in the light image can be switched off, ie not illuminated.
  • the segments are usually arranged in rows and columns. In principle, it is possible to image the individual light segments with sharp boundary edges and to take measures such that adjacent light segments directly adjoin one another.
  • the quadrilateral surface of the optical structural elements is thereby bounded by straight sides, i. two adjacent corner points of the base of an optical structure element are each connected to a straight side.
  • this statement refers to a "flat" grid, as briefly explained below:
  • the optical structure is applied to an optical basic structure, i. it is based on an unmodified surface, for example, a smooth, flat cover or a lens surface, for example, the flat light entrance surface or the curved light exit surface.
  • the grid is a flat, two-dimensional grid, in which the structural elements are arranged with their flat, square bases.
  • the calculation of the structural elements and their arrangement is based on a flat surface, ie a flat grid and structural elements with a flat quadrangular base surface with straight sides.
  • This plane grid is then projected onto the curved surface of the basic structure, so that the "actual" grid in this case is no longer flat and on the curved basic structure, the base surfaces of the structural elements are also no longer flat but curved, the four sides limiting the base also curved.
  • a two-dimensional grid is thus spanned across the "flat" surface described above, with four grid points each forming a grid cell planar grid cell, the optical structure element itself has this quadrangular base, the actual surface of the structural element has a positive or negative distance (or possibly in areas a distance zero) to this base.
  • the essence of the invention is that, since the lattice is quadrangular and the base of the structural element occupies the entire surface of a lattice cell, the entire surface of the "basic structure" can be used for the modification of the light distribution. Where, in addition, a very high area fill of approx. 90% with the structural elements is achieved, nevertheless a small proportion of the base area of approx. 10% remains unmodified and does not contribute to the modification of the light image.
  • an optical structure mentioned at the outset is described which is formed from optical structural elements which have a circular base and are arranged in a hexagonal lattice. With such a hexagonal arrangement, about 91% of this surface can be covered with structural elements on the curved interface of a lens, and about 9% of the lens surface remains uncovered.
  • imaging sharply limited light segments with such a lens e.g. In the case of rectangular light segments, these uncovered areas of the lens surface lead to sharp imaging of the edges of the light segments and thus to inhomogeneities in the light image.
  • the lens surface is 100% covered with the structural elements, a homogeneous light image can be generated even with sharply delimited light segments, which are imaged with the lens in an area in front of the vehicle.
  • the corner regions between four light segments can also be optimally illuminated, which is not possible with structural elements having a circular base.
  • the modified light distribution by folding the unmodified light distribution with a Scattering function is formed, and wherein the optical structure is formed such that the unmodified light distribution is modified according to the scattering function.
  • the entire optical structure is considered, and this is modified or shaped according to a scattering function such that the complete desired light image results.
  • the desired (modified) light distribution starting from a unmodifi - realized, with the lighting device without optical structure generated light distribution, realized in that the unmodified light distribution is folded with such a scattering function that gives the desired light distribution, and the optical structure in its entirety is then shaped so that they the entire luminous flux the illumination device modified such that results from the unmodified light distribution according to the scattering function modified light distribution.
  • the structural elements are distributed over at least one, preferably exactly one defined surface of at least one, preferably exactly one optical element.
  • optical structural elements are designed such that each structural element modifies the light bundle passing through the structural element in accordance with the scattering function to form a modified light bundle.
  • the unmodified light beam If one looks at a particular (unmodified) light beam from the entire luminous flux, this forms a certain contribution to the light distribution in the light image (the entire luminous flux generates the (total) light distribution).
  • a structural element modifies a light beam passing through the structural element in such a way that the unmodified contribution to the total light distribution is changed according to the scattering function. For example, the unmodified light beam generates a light distribution contribution with a certain shape, ie certain areas are illuminated on the roadway or on a measuring screen, other areas are unlit.
  • each optical structural element is formed in each case by a rectangle.
  • optical structural elements In principle, it may also be possible according to the application that both rectangular and square optical structural elements are used together, but preferably all optical structural elements have identical base areas, both in terms of shape and preferably also in terms of dimensions.
  • each optical structural element is formed in each case by a square.
  • optical structure elements are thus arranged in a rectangular, preferably square grid, wherein in each case one structural element occupies the entire area between four corner points which are formed by the grid points.
  • a rectangular or square scattering function can be realized, by means of which in particular the "crossing regions" of four adjacent light segments can be optimally illuminated in order to increase the homogeneity of the light image.
  • the optical structure elements have in their center a central elevation with a preferably circular or elliptical base.
  • the circular shape of the base in turn refers to the projection of the defined surface on which the optical structure elements are arranged in a plane.
  • the base of the central elevation extends to the four boundary sides of the quadrangular base area.
  • the central elevation has a continuous over its entire surface course.
  • the scattering properties can be better adjusted in this way.
  • the central elevation has its maximum distance to the base area in the geometric center of its base area.
  • the central elevation has its minimum distance to the base area at its circumference.
  • the minimum distance of the circumference of the circle to the base area is equal to zero.
  • the structural elements in particular in the case of the above-described concrete embodiment, provision is made for the structural elements to have a corner region elevation in their corner regions, which elevations are each formed by a side surface of a pyramid-like elevations.
  • the pyramid-like elevations make it possible to "install" a circular microstructure, ie a microstructure (optical structural element) with a circular base, into a rectangular, in particular square grid, and thus 100% coverage of the defined area on which the optical surface Structure is arranged to reach.
  • the four side surfaces of the structural elements located at a lattice point thus together form the pyramid-like elevation.
  • This pyramid-like elevation is limited by four, preferably symmetrically arranged around the grid point vertices. These corner points each lie on a boundary side of a structure element participating in the survey, wherein the corner points preferably lie exactly in the half of these boundary sides. Adjacent vertices of the pyramidal elevation are interconnected by curved, in particular inwardly curved or inwardly bent boundary sides.
  • optical structure elements are each formed symmetrically with respect to their diagonal, in particular mirror-symmetrical.
  • the corner region elevations in a section through a pyramidal elevation along a plane normal to the base along a diagonal, have a substantially linear rise.
  • the corner region elevations in a section through a pyramidal elevation along a plane normal to the base along a boundary side, the corner region elevations have a substantially concave course.
  • optical structures can be produced much easier, since continuous surfaces are much easier to mold, such as in an injection molding process, as non-continuous surfaces.
  • each individual light segment is somewhat blurred, in particular in the region of its sharp boundary edges. Due to the fact that the entire surface area of optical structural elements is occupied as a result of the 100% area filling, the boundary edges are no longer shown in absolutely sharp focus.
  • the area between four adjacent light segments can be optimally illuminated, so that a homogenous light distribution results in all areas between the light segments.
  • the hidden area is sufficiently sharp, but is displayed with washed-out boundary page, so that it is not bothersome.
  • the optical structure is arranged on at least one, preferably exactly one interface of an optical element, which is designed in the form of a diffusing screen or in the form of a cover plate of the illumination device.
  • the "defined surface” mentioned above is thus located on this at least one, preferably exactly one boundary surface of an optical element, which is designed as a diffuser or cover.
  • the optical structure is arranged on at least one surface of an optical element in the form of a lens, in particular a projection lens of the illumination device.
  • the "defined area" thus lies on a surface of a lens.
  • the optical structure is arranged on the light exit side of the lens.
  • the optical structure is thus preferably arranged on the curved light exit surface of the lens, preferably the projection lens.
  • the structural elements of the optical structure are distributed over the entire at least one surface of an optical element.
  • the “defined area” is thus formed by the entire surface or interface of the optical element.
  • Each structural element modifies the luminous flux passing through it in an identical way as all other structural elements.
  • "Substantially” identical here means that in the case of a flat surface on which the structural elements are arranged, they are actually formed identically.
  • the structural elements are identically formed in the central region, while the curvature of the surface may (marginally) differ from the edge regions of different structural elements.
  • the structural elements are calculated for a flat surface; If these calculated, identical structural elements-with identical orientation-are placed on a curved surface, for example, of a lens, then, as already mentioned above, the structural elements are still identically formed in their central region; However, in the transition areas to the original lens surface on which the structural elements are placed, the structural elements have a different shape depending on the position on the lens surface due to the curvature of the lens surface, but with the small size of the structural elements in no or only very small Effects on the light distribution results.
  • the structural elements are identically arranged along axes through the surface, which axes are all parallel to an axis of symmetry or to an optical axis of the surface (and not normal to the surface normal).
  • an optical structure according to the invention can be produced if the scatter function (PSF) is a point-spread function. Furthermore, it is also advantageous that the symmetry of a structural element depends on the symmetry of the scattering function PSF.
  • the structure element generally has the same symmetry class as the PSF. If, for example, the PSF is horizontally mirror-symmetrical, then the structural element also has a horizontal mirror symmetry.
  • the dimension of a structural element for example a diameter and / or a height of the structural element, is larger, in particular much larger than the wavelength of visible light, so that diffraction effects can be avoided.
  • the height of the structural elements in the range of 0.5 - 5 ⁇ , wherein preferably the height of the structural elements in the range of 1 - 3 ⁇ .
  • the height of the structural elements is about 2.7 ⁇ .
  • the diameter or a length of the structural elements between 0.5 - 2 mm, wherein preferably the diameter or a length of the structural elements is about 1 mm.
  • the diameter of the lens is 90 mm.
  • An optical structure is simple in manufacture if the defined surface on which the structural elements are distributed is subdivided into an imaginary, preferably regular lattice structure, and wherein the structural elements are arranged at the lattice points or between the lattice points of the lattice structure.
  • Such an arrangement is advantageous in particular also with regard to an optimal optical effect of the optical structure, since thereby the optical effect of the optical structure can be optimally adjusted.
  • the "regularity" of the structure is in a curved optical surface on which the optical structure is arranged to be seen in relation to a projection of this defined area in a plane, wherein - due to the small lattice spacings - the grid even with a curved defined areas in the range of adjacent grid points can be considered as flat.
  • adjacent structural elements merge into one another, i. are arranged touching each other or the structural elements isolated from each other, i. e. are arranged not touching each other.
  • adjacent grid points have a spacing of approximately 0.5-2 mm, preferably approximately 1 mm, from one another.
  • transition of the structural elements to the defined surface is continuous, preferably C2-continuous, i. done with continuous tangents.
  • an optical structure described above for a lighting device which is adapted to image the light emitted by it in the form of a dimmed light distribution, in particular a low-beam light distribution, wherein the dimmed light distribution, in particular the low-beam light distribution has a cut-off , wherein according to the invention, the optical structure, in particular the structural elements is / are formed such or the scattering function is configured such that the gradient of the light-dark boundary of the - unmodified - light distribution of the lighting device is reduced.
  • the "softness" of the transition is, as described in detail in DE 10 2008 023 551 A1 and is repeated here in excerpts, described horizontally by the maximum of the gradient along a vertical section through the light-dark boundary at -2.5 ° the logarithm of the illuminance is calculated at 0.1 ° vertically apart measuring points and their difference is formed, whereby the so-called gradient function is obtained.
  • the maximum of the gradient function is called the gradient of the light-dark boundary. Transition
  • the vertical position of the maximum of this function also describes the location at which the so-called Canaloscuro boundary is detected, that is, the place that perceives the human eye as the boundary line between "light” and "dark” (at about -0.5 ° vertical).
  • An illumination device generates-without an optical structure according to the invention-a low-beam light distribution with a certain sharpness, described by the so-called "gradient.”
  • this -unmodified-light distribution is modified in such a way that the sharpness of the The cut-off threshold is reduced so that it meets the legal requirements and is perceived as pleasant by the human eye.
  • an optical structure according to the invention is advantageous for an illumination device, which illumination device is adapted to image the light emitted by it in the form of a dimmed light distribution, in particular a low-beam light distribution, the dimmed light distribution, in particular the low-beam light distribution having a light-dark boundary , wherein according to the invention, the optical structure, in particular the structural elements is / are formed such or the scattering function is configured such that a portion of the luminous flux of the illumination device is imaged in a region above the cut-off line.
  • an initially described signlight can be generated in an optimum manner in which, for example, each optical structural element deflects a small portion of the luminous flux passing through the structural element into a corresponding region.
  • both the gradient of the light-dark boundary can be set and a signal light can be generated.
  • two optical structures are necessary for this purpose, wherein a second structure is superimposed on a first structure for generating one of the two optical "effects", which generates the second optical "effect".
  • this is achieved by a structure consisting of essentially identical structural elements which are designed to "realize" a scattering function as described above.
  • the luminous flux deflected by the optical structure lies in a range between 1.5 ° and 4 °, in particular between 2 ° and 4 ° above the HH line.
  • An optical structure according to the invention is furthermore advantageous for a lighting device, which lighting device is set up to image the light emitted by it in the form of individual light distributions mapped in n rows and m columns, where n> 1, m> 1 or n> 1 , m> 1, and which individual light distributions together form an overall light distribution, for example a high beam distribution, it being provided according to the invention that the optical structure, in particular the structural elements, is / are designed such that the scattering function is configured such that at least one part of the luminous flux of the lighting device is deflected into the border areas in which two individual light distributions adjoin one another.
  • the "construction" of a total light distribution from individual light distributions has the advantage that, for example, as described above, by fading individual light segments (individual light distributions), certain areas can be faded out, for which it is advantageous if the individual light distributions are comparatively sharp, which is disadvantageous entails that an optical lattice structure can form, with dark or darkened areas between the light segments, which can be perceived as optically unpleasant and may also not be legally permitted.
  • the invention it is possible in a simple manner to emit sufficient light in these dark or darkened areas between the light segments, so that this grid structure is no longer visible.
  • the individual light distributions of the unmodified light distribution in particular in the case of a projection onto a vertical plane, have a rectangular or square shape.
  • the individual light distributions have a width and / or a height of approximately 1 °.
  • the distance between two adjacent individual light distributions is less than or equal to 0.5 ° and greater than 0 °.
  • the distance between two adjacent individual light distributions is less than or equal to 0.2 °.
  • the distance between two adjacent individual light distributions is between 0.05 ° and 0.15 °.
  • the distance between two adjacent individual light distributions is less than or equal to 0.1 °.
  • the average light intensity in a gap between two individual light distributions, generated with the luminous flux that corresponds to a single light distribution is determined to be half the average light intensity in an adjacent single light distribution of the modified light distribution such that the total light intensity with light destined for the two adjacent single light distributions is substantially the light intensity of the single light distributions corresponds to the modified light distribution.
  • the light intensity in all individual light distributions is substantially identical, and advantageously the intensity in the individual light distributions is substantially homogeneous over the entire surface of the single light distribution.
  • the dark edge regions around the individual light distributions are thus illuminated exclusively with light from individual light distributions adjoining these edge regions, so that when individual individual light distributions are switched off the switched off regions still appear dark in the overall light image and are not illuminated by scattered light "out" of other individual light distributions.
  • the light intensity decreases in an adjacent gap in the direction of the adjacent individual light distribution, the decrease preferably being linear.
  • the light intensity decreases to zero.
  • the light intensity in a gap, directly adjacent to the edge of the individual light distribution considered essentially the light intensity of the single light distribution of the modified light distribution at its edge or the average light intensity in the single light distribution of modified light distribution corresponds.
  • the optical structure is arranged and / or formed such that essentially the entire, preferably the entire luminous flux of the illumination device impinges on the optical structure.
  • the entire luminous flux can be used for the modification of the original light distribution.
  • the optical structure is arranged and / or formed such that it is substantially homogeneously illuminated.
  • the invention also relates to a lighting device with at least one, preferably exactly one of the optical structures described above.
  • the lighting device is a projection system.
  • the illumination device comprises at least one light source, at least one reflector and at least one lens, in particular a projection lens, and wherein it is preferably provided that the at least one optical structure on the lens and / or an additional covering or Diffuser is arranged.
  • the lighting device is a reflection system.
  • the lighting device comprises at least one free-form reflector and at least one light source and at least one lens and / or at least one cover, and advantageously wherein the at least one optical structure on the at least one lens and / or the at least one cover and / or an additional cover or lens is arranged.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a projection module according to the prior
  • Fig. 2 is a schematic representation of a reflection module according to the prior
  • FIG. 3 is a schematic representation of a projection module with an optical structure according to the invention on the outside of a lens
  • FIG. 4 is a schematic representation of a reflection module with an optical structure according to the invention on the outside of a cover or lens
  • FIG. 5 is a schematic representation of a projection module with an optical structure according to the invention on an additional optical elements such as a disk,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a reflection module with an optical structure according to the invention on an additional optical elements such as a disc,
  • Fig. 7a individual, with areas of a lighting device according to the prior
  • FIG. 7b shows a larger number of light spots, as shown in FIG. 7a
  • FIG. 8a the light spots of FIG. 7a modified according to a scattering function for combined gradient softening and generation of a signlight
  • FIG. 11 shows the lattice structure from FIG. 10, occupied by optical structural elements with a circular base, FIG.
  • FIG. 12 shows the optical structure from FIG. 11 in an enlarged view in FIG
  • FIG. 13 shows a hexagonal arrangement of optical structural elements (microstructures) with a circular base and a light distribution generated therewith in a schematic basic representation
  • Fig. 14 is a light distribution constructed of square light segments, and their
  • FIG. 16 shows the grid from FIG. 15 in the region of an optical structural element together with directly adjacent structural elements in a view from above, FIG.
  • FIG. 17 shows the detail from FIG. 16 in a perspective view
  • FIG. 20 purely schematically the effects of a structural element with a square base surface on a light distribution
  • FIG. FIG. 21 shows an unmodified light distribution constructed from square light segments and the image of the luminous flux forming this light distribution by means of an optical structure with square structural elements
  • FIG. 21 shows an unmodified light distribution constructed from square light segments and the image of the luminous flux forming this light distribution by means of an optical structure with square structural elements
  • FIGS. 1-6 show, without limitation of the subject matter of protection, principal possibilities for the arrangement of an optical structure according to the invention.
  • An optical structure according to the invention can also be used in other than the lighting devices for motor vehicles shown here.
  • Figure 1 shows schematically a lighting device 1 in the form of a projection system, with a reflector 2, a light source 3, an (optional) diaphragm assembly 4 and a projection lens 5, with a curved outside 5a and a plane inside 5b.
  • FIG. 2 schematically shows a lighting device 1 in the form of a reflection system, with a reflector 2, a light source 3 and a scattering or cover disk 6, the reference numerals 6 a and 6 b denoting the outside and the inside of the disk 6.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the projection system from FIG. 1, wherein an optical structure 100 according to the invention is arranged on the outside of a lens 5.
  • This optical structure 100 preferably occupies the entire outer side 5a of the lens 5.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the reflection module from FIG. 2 with an optical structure 100 according to the invention on the outside of the cover or diffuser 6, wherein preferably the optical structure occupies the entire outside of the window 6.
  • FIG. 5 again shows a schematic representation of a projection module 1 as shown in FIG. 1, with an optical structure 100 according to the invention on an additional Optical elements such as a disc, wherein the optical element between the aperture 4 and the lens 5 is arranged.
  • FIG. 6 also shows a schematic illustration of a reflection module from FIG. 2 with an optical structure 100 according to the invention on an additional optical element, such as a pane, which is arranged between the light source 3 and the scattering or cover pane 6.
  • a lighting device can also have a plurality of light sources, for example LEDs as light sources, and the light-shaping body can be in the form of one or more light guides, Reflectors, etc. may be formed.
  • the optical structure 100 is assigned to the illumination device 1 or is part of the illumination device 1 such that the optical structure 100 is irradiated by substantially the entire (or the entire optically relevant) luminous flux of the illumination device 1.
  • the optical structure is arranged and / or formed such that it is homogeneously illuminated. From the scattering function it can be easily deduced for the calculation of the optical structure in this case, which fraction of the total area should break as strongly.
  • FIG 7 schematically shows a "conventional", unmodified low-beam distribution LV1, as is produced, for example, with a known lighting device 1 according to the prior art shown in Figure 1.
  • the low-beam distribution LV1 has a light-dark boundary HD1, which is shown in FIG case shown has an asymmetrical course.
  • FIG. 7a shows, for better illustration of the effect of an optical structure 100 according to the invention, individual light spots taken out of the light distribution LV1
  • FIG. 7b shows an even larger number of such light spots.
  • FIG. 8 shows a modified light distribution LV2, wherein this modified light distribution LV2 is produced by modifying the original light distribution through the optical structure 100.
  • the modified light distribution LV2 results from folding the unmodified light distribution LV1 with a scattering function PSF, the optical structure 100 being designed such that the unmodified light distribution LV1 is modified to the new light distribution LV2 in accordance with the scattering function PSF.
  • the modified light distribution LV2 has the substantially same distribution form as the unmodified light distribution LV1 and likewise has a light-dark boundary HD2, which, however, has a smaller gradient, as can be seen from the greater distance of the isolux lines in the region of the light Dark border is indicated schematically.
  • the light-dark border HD2 is thus "softer".
  • a region LV2 'above the cut-off line HD2 is also illuminated with a certain illuminance in order to generate a signlight.
  • a lighting device thus produces-without optical structure-a low-beam distribution LV1 with a light-dark boundary HD1 with a certain sharpness, described by the so-called "gradient.”
  • this-unmodified-light distribution LV1 becomes modified so that the sharpness of the cut-off line is reduced so that it meets the legal requirements and is perceived by the human eye as pleasant.
  • a portion of the luminous flux of the lighting device 1 is imaged in a region LV2 'above the cut-off line HD2.
  • an initially described signlight can be generated in an optimum manner by, for example, deflecting a small proportion of the luminous flux passing through the structural element into a corresponding region of each optical structural element.
  • the luminous flux deflected by the optical structure lies in a range LV2 'between 1.5 ° and 4 °, in particular between 2 ° and 4 ° above the HH line.
  • FIGS. 8a and 8b show the individual light spots as shown in FIGS. 7a and 7b, modified by an inventive optical structure 100 for gradient softening and simultaneous generation of a signlight.
  • the individual light spots - at least in the region of the cut-off line - are smeared (softening), at the same time a (small) part of the luminous flux which contributes without optical structure to the light spots as shown in FIGS. 7a and 7b , deflected into an area above these spots of light to form a signlight.
  • FIG. 9 again shows, by way of example, the already known lens 5, which has on its outside an optical structure 100 which consists of individual structural elements 110.
  • a single structural element 110 having a diameter d and a height h is also shown schematically in FIG.
  • the structural elements 110 have a circular cross-section at their base.
  • the projection of the base-that is, the surface occupied by a structural element on the defined surface- is viewed in a plane.
  • Structural elements are thus preferably substantially rotationally symmetrical, but may, depending on the application, have different deformations, ie deviations from this rotationally symmetrical structure, wherein these deformations may be large in area, but as a rule are locally formed.
  • the structural elements 110 are arranged on the lattice points 201 of a hexagonal lattice 200 (see FIG. 10).
  • FIG. 11 shows how a structural element 110 with a circular base sits on each grid point 201 of the grid structure 200.
  • the lattice structure forms a hexagonal lattice 200
  • a surface filling of the defined area of approximately 87% of the defined area with structural elements 110 can be achieved; approximately 13% unmodified area 111 (see FIG. 12) are not of covered by a structural element.
  • An optical structure described above having optical structure elements with a circular base in a hexagonal lattice is particularly well suited for the case of gradient softening of the HD line of a low-beam distribution explained with reference to FIGS. 7 and 8, possibly together with the generation of a signlight.
  • FIG. 13 once again shows the hexagonal arrangement of the microstructures (optical structure elements) 110 already described above, wherein the microstructures 110 have a circular base.
  • unstructured points 111 that is to say unmodified areas (for example a lens surface), are located between the microstructures 110.
  • the circular base microstructures 110 provide a circular scattering function SF110, see Figure 13 right, scatter light (ie, a light beam) into a circular area (when projecting into a plane), the unmodified area 111 does not scatter a point of an object (ie, a light source, for example) is imaged "ideally" as point SF111
  • the scattering image of an optical structure of Figure 13 thus has a maximum in its center.
  • the unaltered regions 111 of the (lens) surface thus lead to an ideal imaging of the object and thus to sharply demarcated light to be imaged. Segments to sharp segment boundaries, ie when using such an optical structure, the sharp segment boundaries remain as before.
  • FIG. 14 shows in its left-hand region a schematic light distribution LV1, which is formed from a plurality of light segments LSI.
  • the light segments LSI are rectangular in this example, have sharp boundary sides, and adjacent light segments are slightly spaced from each other.
  • this light distribution LV1 is formed via an optical structure as shown in FIG. 13, a light distribution LV2 results, as shown in FIG. 14, on the right.
  • the boundary sides of the light segments are still sharply imaged, albeit attenuated, compared to the original light distribution LV1, on the other hand it is noticeable that the circular base of the microstructures 111 (and thus a circular scattering function PSF) the illumination of the corner areas between the light segments is difficult.
  • FIG. 15 shows a defined surface 111, such as the flat inner or outer side of a pane or the light entry or light exit surface of a lens.
  • the surface 111 represents a projection of this curved surface into a plane, preferably into a plane normal to the optical axis of the lens.
  • the surface 111 is (conceptually) subdivided into a grid 200, which in the preferred case shown has a square structure.
  • Each face 202 between four vertices 201 is completely covered by the base of exactly one optical feature 110, and each light scattering feature 110 thus has a square footprint.
  • the quadrilateral surface of the optical structure elements is bounded by straight sides, ie two adjacent vertices of the base of an optical structure element are each connected to a straight side, this statement refers to a flat grid.
  • the essence of the present invention is that, since the lattice is quadrangular and the base of the structural element occupies the entire surface of a lattice cell, the entire surface of the "basic structure" can be used for the modification of the light distribution Even though a very high area fill of approx. 90% with the structural elements is already achieved, a small proportion of the base area of approx. 10% still remains unmodified and does not contribute to the modification of the light image.
  • an optical structure mentioned at the outset is described which is formed from optical structural elements which have a circular base and are arranged in a hexagonal lattice. With such a hexagonal arrangement, about 91% of this surface can be covered with structural elements on the curved interface of a lens, and about 9% of the lens surface remains uncovered.
  • imaging sharply limited light segments with such a lens e.g. In the case of rectangular light segments, these uncovered areas of the lens surface lead to sharp imaging of the edges of the light segments and thus to inhomogeneities in the light image.
  • each optical structure element 110 Due to the quadrangular shape of the base surface of the structural elements, which preferably correspond in symmetry to the symmetry of the light segments, the corner regions between four light segments can also be optimally illuminated, which is not possible with structural elements having a circular base.
  • the base area of each optical structure element 110 has the shape of a square 202.
  • a concrete embodiment of a structural element 110 will be discussed in more detail below with reference to FIGS. 16-19.
  • the grid 200 is completely occupied with such structural elements, wherein all the structural elements in - imaginary flat surface 111 - are identically formed and aligned.
  • the optical structure element 110 has in its center a central elevation 110a with a circular base.
  • the base 110a 'of the central elevation 110a extends to the four boundary sides 203 of the quadrangular base 202 of the structural element 110.
  • the central elevation 110a has a continuous course over its entire surface.
  • the central elevation 110a has its maximum distance from the base area in the geometric center of its base area, thus reaching its maximum height in the geometric center of the square 202.
  • the structural element 110 has a corner region elevation 110b.
  • This corner region bump 110b is formed by a side surface of a pyramidal bumps 111b.
  • the pyramid-like elevations make it possible to "install" a circular microstructure, in other words a microstructure (optical structural element) with a circular base, into a rectangular, in particular square grid, and thus 100% degree of coverage of the defined area on which the optical structure is arranged to achieve.
  • Pyramidal projections 111b sit at all corner points 201 of the grid 200, and the four side surfaces 110b of the structural elements located at a lattice point thus together form the pyramid-like elevation.
  • a pyramid-like elevation 111b is bounded by four vertices arranged symmetrically about the grid point 201. These corner points each lie on a boundary side of a structural element 111 participating in the elevation 111b, wherein the corner points lie exactly in the half of these boundary sides 203 in the example shown.
  • Adjacent vertices of the pyramidal elevation are interconnected by curved, in particular inwardly curved or inwardly bent boundary sides.
  • the tips IIIb 'of the pyramidal projections 111b lie exactly above a grid point 201 of the grid 200, as shown.
  • the optical structural element 110 shown is symmetrical, in particular mirror-symmetrical, with respect to its diagonal A-A.
  • the corner region elevations 110b have a substantially linear rise towards their tip 111b '(FIG. 18).
  • the corner elevations 110b have a substantially concave course (Figure 19).
  • the central elevation 110a and the Eck Schemes- surveys 110b continuously merge into each other.
  • the optical structures can be produced much easier, since continuous surfaces much easier to mold are, as in an injection molding process, as non-continuous surfaces.
  • the transition is preferably C0-continuous.
  • Figure 20 shows schematically the "effects" of a structural element as compared to Figure 13.
  • the circular structure 110a (similar to the microstructure 110 in Figure 13) produces a circular spread SF11Oa of a light beam, while in Figure 13 the unmodified
  • the region outside the circular structure 110a is provided with the structure 110b as described above, this leads, in a simplified manner, to a scattering of the light passing light into the "corner areas" SFllOb, so that no "ideal image" of a light beam without scattering takes place, but light is scattered according to some as shown.
  • a modified light distribution LV2 is formed by folding an unmodified light distribution LV1 with a scattering function PSF, and wherein the optical structure 100 is designed such that the unmodified light distribution LV1 is modified in accordance with the scattering function.
  • An optical scattering element with an angular, in particular a quadrangular, preferably a square base surface realizes an angular, in particular square, preferably square scattering function (see FIG. 20), with the advantages described in particular for segmented, angular, in particular for quadrangular, preferably square, light segments.
  • the entire optical structure is considered, and this is modified or shaped according to a scattering function such that the complete desired light image results.
  • the desired (modified) light distribution starting from an unmodified light distribution generated by the lighting device without optical structure, is realized by folding the unmodified light distribution with such a scattering function that the desired Light distribution results, and the optical structure in its entirety is then shaped so that they the entire luminous flux the illumination device modified such that results from the unmodified light distribution according to the scattering function modified light distribution.
  • the structural elements 110 are distributed over at least one, preferably exactly one defined surface 111 of at least one, preferably exactly one optical element 5, 6, wherein it is particularly advantageous if the optical structural elements 110 are formed such that each structural element 110 the light beam passing through the structural element 110 is modified to a modified light bundle LB2 in accordance with the scattering function PSF.
  • the unmodified light beam produces a light distribution contribution having a certain shape, i. certain areas are illuminated on the road or on a screen, other areas are unlit.
  • FIG. 21 once again shows an unmodified light distribution in the left-hand image as already shown in FIG. 14 (left image).
  • an optical structure according to the invention as described above, a much better scattering can be achieved than with a circular microstructure (see FIG. 14), the lattice structure from FIG. 14 (right image) is no longer in FIG. 21 (right image) or only in FIG a no longer disturbing and legally compliant extent recognizable.
  • the distributions or light segments LSI typically have, but are not limited to, a width and / or a height of about 1 °. In the case of rectangular light segments, these usually have a (slightly) greater extent in the vertical height than in the horizontal direction.
  • the width of these gaps (which corresponds to the distances d1, d2) is typically less than or equal to 0.5 ° and greater than 0 °, typically less than or equal to 0.2 ° or less or equal to 0.1 °.
  • a typical range for the width dl, d2 of the columns is between 0.05 ° and 0.15 °.
  • the light intensity is substantially identical in all individual light distributions LSI, and advantageously the intensity in the individual light distributions LSI is substantially homogeneous over the entire surface of the single light distribution, as is schematically indicated in FIG. 21, left side.
  • part of the luminous flux which produces exclusively a single light distribution (LSI) without an optical structure is split into the column regions framing this individual light distribution (LSI), which result from the spacing of the individual light distributions (LSI) , distracted.
  • the dark edge regions around the individual light distributions are thus illuminated exclusively with light from individual light distributions adjoining these edge regions, so that when individual individual light distributions are switched off the switched off regions still appear dark in the overall light image and are not illuminated by scattered light "out" of other individual light distributions.
  • FIG. 22 schematically shows the course of the light intensity in the case of an unmodified light image.
  • a rectangular or square-shaped scattering function (FIGS. 20, 21) can thus be realized by means of which the gaps and in particular also the "crossing regions" of four adjacent light segments can be optimally illuminated in order to increase the homogeneity of the light image ,
  • the boundary edges are no longer shown in absolutely sharp focus.
  • the area between four adjacent light segments can be optimally illuminated, so that in all areas between the light segments a homogeneous light distribution results, when switching off one (or more) light segments (s) of the hidden area, although sufficiently sharp, but with washed-out Boundary page is displayed so that it is not bothersome.
  • the dimension of a structural element 110 in the case shown, thus the length of the diagonal or a side length of the quadrilateral and / or the height (which is the maximum normal distance of the surface of the structural element of the defined area ) of the structural element 110 is larger, in particular much larger than the wavelength of visible light, so that diffraction effects can be avoided.
  • the height of the structural elements 110 is in ⁇ - ⁇ .
  • the height of the structural elements 110 is in the range of 0.5 to 5 ⁇ m, wherein preferably the height h of the structural elements 110 is in the range of 1 to 3 ⁇ m.
  • the height of the structural elements 110 is approximately 2.7 ⁇ .
  • the length of the diagonal or the length of the sides of the base surface of the structural elements 110 is in the millimeter range.
  • the length of the diagonal or the length of the sides of the structural elements 110 is between 0.5 and 2 mm, wherein preferably the length of the diagonal or the length of the sides of the structural elements 110 is approximately 1 mm.
  • the diameter of the lens is 90 mm.
  • each structure element 110 modifies the light bundle passing through the respective structural element 110 in accordance with the scattering function PSF to form a modified light bundle.
  • the unmodified light beam If one looks at a particular (unmodified) light beam from the entire luminous flux, this forms a certain contribution to the light distribution in the light image (the entire luminous flux generates the (total) light distribution).
  • a structural element now modifies a light beam passing through the structural element such that the unmodified contribution to the total light distribution is changed according to the scattering function. For example, the unmodified light beam generates a light distribution contribution with a certain shape, ie certain areas are illuminated on the roadway or on a measuring screen, other areas are unlit.
  • Substantially identical here means that in the case of a flat surface on which the structural elements are arranged, they are actually formed identically.
  • the structural elements are each identically formed in their central area, while the margins of different structural elements may (slightly) differ from each other due to the curvature of the surface.
  • all the structural elements 110 are identical in relation to a flat or flat imaginary surface 111.
  • the structural elements are calculated for a flat surface; If these calculated, identical structural elements-with identical orientation-are placed on a curved surface, for example, of a lens, then, as already mentioned above, the structural elements are still identically formed in their central region; However, in the transition areas to the original lens surface on which the structural elements are placed, the structural elements have a different shape depending on the position on the lens surface due to the curvature of the lens surface, but with the small size of the structural elements in no or only very small Effects on the light distribution results
  • the structural elements are identical along axes arranged through the surface, which axes are all parallel to an axis of symmetry or to an optical axis of the surface (and not normal to the surface normal).
  • an optical structure according to the invention or a modified light image can be generated if the scattering function PSF is a point-spread function.
  • the symmetry of a structural element depends on the symmetry of the scattering function PSF.
  • the structural element has i.A. the same symmetry class as the PSF. If, for example, the PSF is horizontally mirror-symmetrical, then the structural element also has a horizontal mirror symmetry.
  • the complete micro-structuring of the lens surface is in principle an advantage for all applications of the microstructure (e.g., xenon and LED projection systems, segmented light distribution imaged through lenses or other light-shaping bodies, .).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Struktur (100) für eine Beleuchtungsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung (1) zur Abstrahlung von Licht eingerichtet ist, welches von der Beleuchtungsvorrichtung (1) abgestrahlte Licht eine vorgegebene Lichtverteilung (LV1) bildet, wobei die optische Struktur (100) der Beleuchtungsvorrichtung (1) derart zugeordnet oder derart Teil der Beleuchtungsvorrichtung (1) ist, dass die optische Struktur (100) von im Wesentlichen dem gesamten Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung (1) durchstrahlt wird, und wobei die optische Struktur (100) aus einer Vielzahl von optischen Strukturelementen (110) besteht, welche Strukturelemente (110) eine Licht streuende Wirkung aufweisen, und welche optische Strukturelemente (100) derart ausgebildet sind, die - von der Beleuchtungsvorrichtung (1) erzeugte, unmodifizierte Lichtverteilung (LV1) - von der optischen Struktur (100) zu einer vorgebbaren, modifizierten Lichtverteilung (LV2) modifiziert ist, und wobei die optischen Strukturelemente (110) eine viereckige Grundfläche (202) aufweisen, d.h., dass die Fläche (202) zwischen den Eckpunkten (201) eines viereckigen Gitters (200) vollständig von der Grundfläche von genau einem optischen Strukturelement (110) bedeckt ist.

Description

OPTISCHE STRUKTUR MIT EINER MIKROSTRUKTUR MIT QUADRATISCHER STREUFUNKTION
Die Erfindung betrifft eine optische Struktur für eine Beleuchtungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung zur Abstrahlung von Licht eingerichtet ist, welches von der Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlte Licht eine vorgegebene Lichtverteilung bildet.
Weiters betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer solchen optischen Struktur.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer solchen Beleuchtungsvorrichtung.
Nach den gesetzlichen Bestimmungen haben Lichtverteilungen von Fahrzeugscheinwerfern eine Reihe von Voraussetzungen zu erfüllen.
Zum Beispiel sind nach ECE und SAE oberhalb der Hell-Dunkellinie (HD-Linie) - also außerhalb des primär beleuchteten Bereichs - in bestimmten Regionen minimale und maximale Lichtstärken erforderlich. Diese fungieren als„Signlight" und ermöglichen das Ausleuchten von Überkopf-Wegweisern bei Anstrahlung durch vorbeifahrende Fahrzeuge. Die verwendeten Lichtstärken liegen üblicherweise über den üblichen Streulichtwerten aber bei weitem unter den Lichtstärken unterhalb der HD-Linie. Die geforderten Lichtwerte müssen mit möglichst geringer Blendwirkung erzielt werden.
„Signlight" wird üblicherweise durch spezielle Facetten in der Projektionslinse (Größe zumindest einige Millimeter) oder durch diskrete, kleine Erhebungen realisiert. Nachteilig daran ist insbesondere, dass diese Strukturen von außen als helle Lichtpunkte wahrnehmbar sind und damit vor allem aus Designgründen zunehmend abgelehnt werden. Außerdem sind derartige Vorrichtungen auf das dahinterliegende optische System abgestimmt - werden daran Änderungen vorgenommen, ist die angestrebte Funktion nicht mehr sichergestellt.
Weiters sind aus gesetzlichen Gründen definiert unscharfe Hell-Dunkel-Grenzen notwendig, sodass HD-Linien weder zu scharf noch zu verwaschen abgebildet werden, d.h. die maxima- le Schärfe der HD-Linie ist gesetzlich definiert. Eine solche Verwischung der HD-Linie führt dazu, dass die HD-Linie vom Fahrer als„weicher" und subjektiv angenehmer empfunden wird.
Die Quantifizierung dieses HD-Übergangs erfolgt durch das Maximum eines Gradienten entlang eines vertikalen Schnitts durch die Helldunkelgrenze. Dazu wird der Logarithmus der Beleuchtungsstärke an Messpunkten in 0,1°-Abständen errechnet und deren Differenz gebildet, wodurch man die Gradientenfunktion erhält. Das Maximum dieser Funktion wird als Gradient der HD-Grenze bezeichnet. Da diese Definition die menschliche Helligkeitswahrnehmung nur ungenau nachbildet, können unterschiedlich wahrgenommene HD- Linien denselben gemessenen Gradientenwert aufweisen bzw. bei ähnlich aussehenden HD- Linien können unterschiedliche Gradienten gemessen werden.
Gradientenaufweichung erfolgt üblicherweise durch die Veränderung der Linsenoberfläche, einer Linse einer Beleuchtungsvorrichtung. Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen gebräuchlich: Durch statistisches Aufrauhen der Linsenoberfläche kann beispielsweise eine weichere HD-Grenze erreicht werden, allerdings kommt es dadurch zur Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer. In anderen Varianten wird eine Modulation (z.B. Überlagerung von zwei Sinuswellen, kleine Vertiefungen in Form von Kugelabschnitten, etc.) auf die Linsenoberfläche aufgebracht. Derartige Lösungen sind stark von der Lichtstromverteilung durch die Linse abhängig, diesbezügliche Änderungen, beispielsweise durch Variation der Lichttechnik, wirken sich dann stark und teilweise negativ auf die erzeugte Lichtstromverteilung aus.
Ein anderes Thema bildet die Erzeugung von segmentierten Lichtverteilungen. Solche kommen beispielsweise bei der Erzeugung von dynamischen Lichtverteilungen, etwa einer dynamischen Fernlichtverteilung, zum Einsatz. Bei speziellen Ausführungsformen wird eine solche dynamische Lichtverteilung aus einer Anzahl an Einzellichtverteilungen aufgebaut. Dazu wird beispielsweise mit einzelnen Lichtquellen, welchen jeweils eine Vorsatzoptik zugeordnet ist, jeweils ein kleines Segment im Lichtbild erzeugt, die Überlagerung dieser Lichtsegmente ergibt dann die gesamte Lichtverteilung. Durch Abschalten einzelner Lichtquellen können dabei einzelne Segmente im Lichtbild abgeschaltet, also nicht beleuchtet werden. Die Segmente sind dabei üblicherweise in Zeilen und Spalten angeordnet. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die einzelnen Lichtsegmente mit scharfen Begrenzungskanten abzubilden und Maßnahmen zu treffen, dass benachbarte Lichtsegmente unmittelbar aneinander grenzen. Dies hat den Vorteil, dass im„VoHlicht"-Betrieb, d.h. bei Aktivierung aller Lichtsegmente keine dunklen Bereiche („Gitter") zwischen den Lichtsegmenten zu erkennen sind. Der Nachteil liegt allerdings darin, dass bei einem Abschalten von einem oder mehreren Lichtsegmenten die Lichtverteilung in diesen Bereichen eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze aufweist, was als unangenehm empfunden wird und zusätzlich zu einer raschen Ermüdung führt.
Ein anderer Ansatz besteht darin, die Lichtsegmente nicht unmittelbar aneinander angrenzen zu lassen. Als problematisch bei solchen Lichtverteilungen hat sich herausgestellt, dass es dabei naturgemäß zu unerwünschten Lichteffekten im Bereich der aneinander angrenzenden Segmente kommt, insbesondere kommt es dabei zu Helligkeitsschwankungen in diesem Bereich, die sich in einer sichtbaren Gitterstruktur äußern, die von einem Fahrzeuglenker als unangenehm empfunden werden kann.
Außerdem besteht auch in diesem Fall in der Regel noch immer das Problem der scharfen Hell-Dunkel-Grenze.
Die beschriebenen Nachteile des Stands der Technik sollen ausgeräumt werden. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein refraktives optisches Bauteil bereit zu stellen, mit dem ein Lichtbild realisiert werden kann, das die Gesetzeswerte erfüllt und gleichzeitig nicht als störend empfunden wird.
Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten optischen Struktur erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die optische Struktur der Beleuchtungsvorrichtung derart zugeordnet oder derart Teil der Beleuchtungsvorrichtung ist, dass die optische Struktur von im Wesentlichen dem gesamten Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung durchstrahlt wird, und wobei die optische Struktur aus einer Vielzahl von optischen Strukturelementen besteht, welche Strukturelemente eine Licht streuende Wirkung aufweisen, und welche optische Strukturelemente derart ausgebildet sind, die - von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugte, unmodi- fizierte Lichtverteilung - von der optischen Struktur zu einer vorgebbaren, modifizierten Lichtverteilung modifiziert ist, und wobei die optischen Strukturelemente eine viereckige Grundfläche aufweisen, d.h., dass die Fläche zwischen den Eckpunkten eines viereckigen Gitters vollständig von der Grundfläche von genau einem optischen Strukturelement bedeckt ist.
Die viereckige Grundfläche der optischen Strukturelemente ist dabei von geraden Seiten begrenzt, d.h. zwei benachbarte Eckpunkte der Grundfläche eines optischen Strukturelementes sind jeweils mit einer geraden Seite verbunden. Diese Aussage bezieht sich dabei allerdings auf ein„ebenes" Gitter, wie im Folgenden kurz erläutert:
Üblicherweise kann man davon ausgehen, dass die optische Struktur auf einer optischen Grundstruktur aufgebracht wird, d.h. man geht von einer unmodifizierten Fläche aus, beispielsweise einer glatten, ebenen Abdeckscheibe oder einer Linsenfläche, beispielsweise der ebenen Lichteintrittsfläche oder auch der gekrümmten Lichtaustrittsfläche aus. Bei einer ebenen Grundstruktur ist das Gitter ein ebenes, zweidimensionales Gitter, in welchem die Strukturelemente mit ihren ebenen, viereckigen Grundflächen angeordnet sind.
Bei einer gekrümmten Fläche wird zur Berechnung der Strukturelemente und zu ihrer Anordnung von einer ebenen Fläche ausgegangen, also von einem ebenen Gitter und Strukturelementen mit einer ebenen viereckigen Grundfläche mit geraden Seiten. Dieses ebene Gitter wird dann auf die gekrümmte Fläche der Grundstruktur projiziert, sodass das„tatsächliche" Gitter in diesem Fall nicht mehr eben ist und auf der gekrümmten Grundstruktur die Grundflächen der Strukturelemente ebenfalls nicht mehr eben sondern gekrümmt sind, die die Grundfläche begrenzenden vier Seiten sind ebenfalls gekrümmt.
In der Praxis ist dies Unterscheidung von geringer Bedeutung, da die optischen Strukturelemente so klein sind, dass im Bereich eines Strukturelementes die gekrümmte Fläche als eben angenommen werden kann.
Wenn somit im Zusammenhang mit einer gekrümmten Grundstruktur von einem Viereck, etc. mit geraden Seiten die Rede ist, ist damit die Projektion dieser gekrümmten Fläche in eine Ebene zu verstehen.
Über die oben beschriebene„ebene" Fläche wird somit ein zweidimensionales Gitter aufgespannt, wobei jeweils 4 Gitterpunkte eine Gitterzelle bilden. Eine solche Gitterzelle wird von einem optischen Strukturelement besetzt. Die„Grundfläche" entspricht dabei der Fläche der ebenen Gitterzelle, das optische Strukturelement selbst weist diese viereckige Grundfläche auf, die eigentliche Oberfläche des Strukturelementes weist einen positiven oder negativen Abstand (oder u.U. auch in Bereichen einen Abstand Null) zu dieser Grundfläche auf.
Wesen der Erfindung ist es, dass dadurch, dass das Gitter viereckig ist und die Grundfläche des Strukturelementes die gesamte Fläche einer Gitterzelle einnimmt, die gesamte Oberfläche der„Grundstruktur" für die Modifikation der Lichtverteilung herangezogen werden kann. Bei einem hexagonalen Gitter mit kreisförmigen Strukturelementen, wo ebenfalls bereits eine sehr hohe Flächenfüllung von ca. 90 % mit den Strukturelementen erreicht wird, bleibt trotzdem ein geringer Anteil der Grundfläche von ca. 10 % unmodifiziert und trägt nicht zur Modifikation des Lichtbildes bei.
In einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin ist eine eingangs erwähnte optische Struktur beschrieben, welche aus optischen Strukturelementen gebildet ist, welche eine kreisförmige Basis aufweisen und in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Bei einer solchen hexagonalen Anordnung können auf der gekrümmten Grenzfläche einer Linse ca. 91% dieser Fläche mit Strukturelementen bedeckt werden, ca. 9% der Linsenoberfläche bleiben unbedeckt. Bei der Abbildung von scharf begrenzten Lichtsegmenten mit einer solchen Linse, z.B. bei rechteckigen Lichtsegmenten, führen diese unbedeckten Bereiche der Linsenoberfläche zu scharfen Abbildung der Kanten der Lichtsegmente und damit zu Inhomogenitäten im Lichtbild.
Mit der vorliegenden Anordnung, bei welche die Linsenoberfläche zu 100% mit den Strukturelementen bedeckt ist, kann auch mit scharf begrenzten Lichtsegmenten, welche mit der Linse in einen Bereich vor dem Fahrzeug abgebildet werden, ein homogenes Lichtbild erzeugt werden.
Durch die viereckige Form der Basisfläche der Strukturelemente, welche von der Symmetrie her vorzugsweise der Symmetrie der Lichtsegmente entsprechen, können außerdem die Eckbereiche zwischen vier Lichtsegmenten optimal ausgeleuchtet werden, was mit Strukturelementen mit kreisförmiger Basis nicht möglich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die modifizierte Lichtverteilung durch Faltung der unmodifizierten Lichtverteilung mit einer Streufunktion gebildet ist, und wobei die optische Struktur derart ausgebildet ist, dass die unmodifizierte Lichtverteilung entsprechend der Streufunktion modifiziert ist.
Gemäß der Erfindung wird somit die gesamte optische Struktur betrachtet, und diese wird entsprechend über eine Streufunktion derart modifiziert bzw. geformt, dass sich das vollständige gewünschte Lichtbild ergibt. Anders als im Stand der Technik, wo beispielsweise zur Erzeugung der Gradientenaufweichung und von Signlight unterschiedliche Strukturelemente auf einer optischen Struktur herangezogen werden oder manche der bestehende Strukturelemente zusätzlich noch modifiziert werden, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die gewünschte (modifizierte) Lichtverteilung, ausgehend von einer unmodifi- zierten, mit der Beleuchtungsvorrichtung ohne optische Struktur erzeugten Lichtverteilung, dadurch realisiert, dass die unmodifizierte Lichtverteilung mit einer solchen Streufunktion gefaltet ist, dass sich die gewünschte Lichtverteilung ergibt, und die optische Struktur in ihrer Gesamtheit wird dann derart geformt, dass sie den gesamten Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung derart modifiziert, dass sich aus der unmodifizierten Lichtverteilung eine der Streufunktion entsprechend modifizierte Lichtverteilung ergibt.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Strukturelemente über zumindest eine, vorzugsweise genau eine definierte Fläche zumindest eines, vorzugsweise genau eines Optikelementes verteilt sind.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die optischen Strukturelemente derart ausgebildet sind, dass jedes Strukturelement das durch das Strukturelement durchtretende Lichtbündel entsprechend der Streufunktion zu einem modifizierten Lichtbündel modifiziert.
Betrachtet man ein bestimmtes (unmodifiziertes) Lichtbündel aus dem gesamten Lichtstrom, so bildet dieses einen gewissen Beitrag zu der Lichtverteilung im Lichtbild (der gesamte Lichtstrom erzeugt die (Gesamt)-Lichtverteilung). Ein Strukturelement modifiziert nun ein durch das Strukturelement durchtretende Lichtbündel derart, dass der unmodifizierte Beitrag zu der Gesamtlichtverteilung entsprechend der Streufunktion verändert wird. Beispielsweise erzeugt das unmodifizierte Lichtbündel einen Lichtverteilungsbeitrag mit einer bestimmten Form, d.h. es werden bestimmte Bereiche auf der Fahrbahn oder auf einem Messschirm beleuchtet, andere Bereiche sind unbeleuchtet. Durch das Strukturelement werden nun entsprechend der Streufunktion auch Bereiche außerhalb des ursprünglich beleuchteten Bereiches mit einer bestimmten Intensität beleuchtet, während - nachdem der Gesamtlichtstrom konstant bleibt - die Intensität zumindest in Teilen des mit dem unmodifi- zierten Lichtbündel ursprünglich beleuchteten Bereiches reduziert ist.
Entsprechend der Symmetrie von mit der optischen Struktur zu modifizierenden Lichtsegmenten ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Grundfläche jedes optischen Strukturelementes jeweils von einem Rechteck gebildet ist.
Es kann prinzipiell entsprechend dem Einsatzfall auch möglich sein, dass sowohl rechteckige als auch quadratische optische Strukturelemente gemeinsam verwendet werden, bevorzugt weisen aber alle optischen Strukturelemente identische Grundflächen, sowohl hinsichtlich Form als bevorzugt auch hinsichtlich der Abmessungen auf.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Grundfläche jedes optischen Strukturelementes jeweils von einem Quadrat gebildet ist.
Die optischen Strukturelemente sind also in einem rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Gitter angeordnet, wobei jeweils ein Strukturelement die gesamte Fläche zwischen vier Eckpunkten, die von den Gitterpunkten gebildet sind, besetzt.
Mit rechteckigen, insbesondere quadratischen Strukturelementen kann eine rechteckige bzw. quadratische Streufunktion realisiert werden, mittels welcher insbesondere die„Kreuzungsbereiche" von vier benachbarten Lichtsegmenten optimal ausgeleuchtet werden können, um die Homogenität des Lichtbildes zu erhöhen.
Bei einer konkreten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die optischen Strukturelemente in ihrem Zentrum eine Zentralerhebung mit vorzugsweise kreisförmiger oder elliptischer Basis aufweisen.
Die Kreisform der Basis bezieht sich dabei wiederum auf die Projektion der definierten Fläche, auf welcher die optischen Strukturelemente angeordnet sind, in eine Ebene.
Vorzugsweise, um eine vollständige Bedeckung der definierten Fläche erreichen zu können, ist vorgesehen, dass sich die Basis der Zentralerhebung bis zu den vier Begrenzungsseiten der viereckigen Grundfläche erstreckt. Unter anderem für die Fertigung von Vorteil ist es, wenn die Zentralerhebung einen über ihre gesamte Oberfläche stetigen Verlauf aufweist. Außerdem können die Streueigenschaften auf diese Weise besser eingestellt werden.
Bei einer gewünschten symmetrischen Streufunktion ist vorgesehen, dass die Zentralerhebung ihren maximalen Abstand zu der Grundfläche im geometrischen Mittelpunkt ihrer Grundfläche aufweist.
Weiters ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Zentralerhebung ihren minimalen Abstand zu der Grundfläche an ihrem Kreisumfang aufweist.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der minimale Abstand des Kreisumfanges zu der Grundfläche gleich Null ist.
Weiters ist bei einer konkreten, insbesondere bei der oben beschriebenen konkreten Ausführungsform noch vorgesehen, dass die Strukturelemente in ihren Eckbereichen eine Eckbe- reichs-Erhebung aufweisen, welche jeweils durch eine Seitenfläche einer pyramidenartigen Erhebungen gebildet.
Durch die pyramidenartigen Erhebungen wird es möglich, eine an und für sich kreisrunde Mikrostruktur, also eine Mikrostruktur (optisches Strukturelement) mit kreisrunder Basis in ein rechteckiges, insbesondere quadratisches Gitter „einzubauen", und so 100% Bedeckungsgrad der definierten Fläche, auf welcher die optische Struktur angeordnet ist, zu erreichen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass alle an einem Eckpunkt des Gitters liegenden Strukturelemente zu der pyramidenartigen Erhebung beitragen.
Die vier Seitenflächen der an einem Gitterpunkt liegenden Strukturelemente bilden somit gemeinsam die pyramidenartige Erhebung. Diese pyramidenartige Erhebung ist durch vier, vorzugsweise symmetrisch um den Gitterpunkt angeordnete Eckpunkte begrenzt. Diese Eckpunkte liegen jeweils auf einer Begrenzungsseite eines an der der Erhebung beteiligten Strukturelementes, wobei die Eckpunkte vorzugsweise genau in der Hälfte dieser Begrenzungsseiten liegen. Benachbarte Eckpunkte der pyramidenartigen Erhebung sind durch gekrümmte, insbesondere nach innen gekrümmte bzw. nach innen gebogene Begrenzungsseiten miteinander verbunden.
Hinsichtlich der Symmetrie ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Spitze einer pyramidenartigen Erhebung exakt über einem Gitterpunkt des Gitters liegt.
Weiters ist mit Vorteil vorgesehen, dass die optischen Strukturelemente jeweils in Bezug auf ihre Diagonale symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Bei einer konkreten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Schnitt durch eine pyramidenartige Erhebung entlang einer Ebene normal auf die Grundfläche entlang einer Diagonalen die Eckbereichs-Erhebungen einen im Wesentlichen linearen Anstieg aufweisen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass in einem Schnitt durch eine pyramidenartige Erhebung entlang einer Ebene normale auf die Grundfläche entlang einer Begrenzungsseite die Eckbereichs-Erhebungen einen im Wesentlichen konkaven Verlauf aufweisen.
Schließlich ist mit Vorteil noch vorgesehen, dass die Zentralerhebung und die Eckbereichs- Erhebungen stetig ineinander über gehen.
Auf diese Weise lassen sich die optische Strukturen wesentlich einfacher herstellen, da stetige Flächen wesentlich leichter abformbar sind, etwa in einem Spritzgussprozess, als nicht stetige Oberflächen.
Generell gilt, dass mit der kreisförmigen Struktur jedes einzelne Lichtsegment insbesondere im Bereich seiner scharfen Begrenzungskanten etwas verwischt wird. Dadurch, dass die gesamte Grundfläche von optischen Strukturelementen eingenommen wird in Folge der 100% Flächenfüllung, werden die Begrenzungskanten nicht mehr absolut scharf abgebildet. Mit den pyramidenartigen Erhebungen kann zusätzlich der Bereich zwischen vier benachbarten Lichtsegmenten optimal ausgeleuchtet werden, sodass sich in allen Bereichen zwischen den Lichtsegmenten einen homogene Lichtverteilung ergibt, bei Abschalten eines (oder mehrerer) Lichtsegmente(s) der ausgeblendete Bereich zwar ausreichend scharf, aber mit verwaschener Begrenzungsseite abgebildet wird, sodass diese nicht als störend empfunden wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die optische Struktur auf zumindest einer, vorzugsweise genau einer Grenzfläche eines Optikelementes, welches in Form einer Streuscheibe oder in Form einer Abdeckscheibe der Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet ist, angeordnet ist.
Die eingangs erwähnte„definierte Fläche" liegt somit auf dieser zumindest einen, vorzugsweise genau einen Grenzfläche eines Optikelementes, welches als Streuscheibe oder Abdeckscheibe ausgebildet ist.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die optische Struktur auf zumindest einer Oberfläche eines Optikelementes in Form einer Linse, insbesondere einer Projektionslinse der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist.
Die„definierte Fläche" liegt somit auf einer Oberfläche einer Linse.
Vorzugsweise ist dabei die optische Struktur auf der Lichtaustrittsseite der Linse angeordnet ist.
Die optische Struktur ist somit vorzugsweise auf der gekrümmt ausgebildeten Lichtaustrittsfläche der Linse, vorzugsweise der Projektionslinse, angeordnet.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Strukturelemente der optischen Struktur über die gesamte zumindest eine Oberfläche eines Optikelementes verteilt sind.
Die„definierte Fläche" ist somit durch die gesamte Oberfläche bzw. Grenzfläche des Optikelementes gebildet.
Weiters ist es von besonderem Vorteil, wenn alle Strukturelemente im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
Jedes Strukturelement modifiziert den durch sie durchtretenden Lichtstrom auf identische Weise wie alle anderen Strukturelemente. „Im Wesentlichen" identisch bedeutet dabei, dass bei einer ebenen Fläche, auf welcher die Strukturelemente angeordnet sind, diese tatsächlich identisch ausgebildet sind.
Bei gekrümmten Flächen sind die Strukturelemente im zentralen Bereich identisch ausgebildet, während sich durch die Krümmung der Fläche die Randbereiche unterschiedlicher Strukturelemente (geringfügig) voneinander unterscheiden können.
Bei einer konkreten Ausführungsform ist entsprechend vorgesehen, alle Strukturelemente in Bezug auf eine ebene bzw. als eben gedachte Fläche identisch ausgebildet sind.
Entsprechend werden die Strukturelemente für eine ebene Fläche berechnet; werden diese so berechneten, identischen Strukturelemente - mit identischer Ausrichtung - auf eine gekrümmte Fläche beispielsweise einer Linse aufgesetzt, so sind wie oben schon erwähnt die Strukturelemente in ihrem zentralen Bereich nach wie vor identisch ausgebildet; in den Übergangsbereichen zu der ursprünglichen Linsenfläche, auf welche die Strukturelemente aufgesetzt sind, weisen die Strukturelemente aber ja nach Position auf der Linsenfläche auf Grund der Krümmung der Linsenoberfläche eine unterschiedliche Gestalt auf, was aber bei der geringen Größe der Strukturelemente in keinen oder nur sehr geringen Auswirkungen auf die Lichtverteilung resultiert.
Weiters ist es von Vorteil, wenn alle Strukturelemente identisch ausgerichtet sind.
Bei einer ebenen definierten Fläche bedarf dies keiner weiteren Erläuterungen. Bei gekrümmten Flächen (Beispiel: Linse) sind die Strukturelemente identisch entlang von Achsen durch die Fläche angeordnet, welche Achsen alle parallel zu einer Symmetrieachse oder zu einer optischen Achse der Fläche verlaufen (und nicht normal auf die Flächennormale).
Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile, da die optische Struktur und das Werkzeug zur Erzeugung der Struktur auf diese Weise einfach entfernt werden können, da sich keine Hinterschneidungen an der optischen Struktur bilden können.
Optimal lässt sich eine erfindungsgemäße optische Struktur erzeugen, wenn die Streufunktion (PSF) eine Point-Spread-Function ist. Weiters gilt auch mit Vorteil, dass die Symmetrie eines Strukturelementes von der Symmetrie der Streufunktion PSF ab hängt. Das Strukturelement weist i.A. dieselbe Symmetrieklasse wie die PSF auf. Ist beispielsweise die PSF horizontal spiegelsymmetrisch, so weist auch das Strukturelement eine horizontale Spiegelsymmetrie auf.
Weiters ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Abmessung eines Strukturelementes, beispielsweise ein Durchmesser und/ oder eine Höhe des Strukturelementes, größer, insbesondere sehr viel größer als die Wellenlänge von sichtbarem Licht ist, sodass Beugungseffekte vermieden werden können.
Insbesondere ist dabei mit Vorteil vorgesehen, dass die Höhe der Strukturelemente im μιη- Bereich liegt.
Beispielsweise liegt die Höhe der Strukturelemente im Bereich von 0,5 - 5 μηι, wobei vorzugsweise die Höhe der Strukturelemente im Bereich von 1 - 3 μιη liegt.
Bei einer konkreten Ausführungsform beträgt die Höhe der Strukturelemente ca. 2,7 μηι.
Weiters ist bei einer konkreten Ausführungsform, z.B. bei Varianten mit den oben beschriebenen Höhen, vorgesehen, dass der Durchmesser bzw. eine Länge der Strukturelemente im Millimeter-Bereich liegt.
Beispielsweise liegt der Durchmesser bzw. eine Länge der Strukturelemente zwischen 0,5 - 2 mm, wobei vorzugsweise der Durchmesser bzw. eine Länge der Strukturelemente ca. 1 mm beträgt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform einer Linse, auf welcher die Strukturelemente angeordnet sind, beträgt der Durchmesser der Linse 90 mm.
In der Herstellung einfach ist eine optische Struktur, wenn die definierte Fläche, auf welcher die Strukturelemente verteilt sind, in eine - gedachte -, vorzugsweise regelmäßige Gitterstruktur unterteilt ist, und wobei die Strukturelemente an den Gitterpunkten oder zwischen den Gitterpunkten der Gitterstruktur angeordnet sind. Eine solche Anordnung ist insbesondere auch in Hinblick auf eine optimale optische Wirkung der optischen Struktur von Vorteil, da dadurch die optische Auswirkung der optischen Struktur optimal eingestellt werden kann.
Die„Regelmäßigkeit" der Struktur ist dabei bei einer gekrümmten optischen Fläche, auf welcher die optische Struktur angeordnet ist, in Bezug auf eine Projektion dieser definierten Fläche in eine Ebene zu sehen, wobei - auf Grund der geringen Gitterabstände - das Gitter auch bei einer gekrümmten definierten Flächen im Bereich von benachbarten Gitterpunkten als eben betrachtet werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an jedem Gitterpunkt oder zwischen den Gitterpunkten der Gitterstruktur jeweils genau ein Strukturelement angeordnet ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass benachbarte Strukturelemente ineinander übergehend, d.h. einander berührend angeordnet sind oder die Strukturelemente voneinander isoliert, d.h. einander nicht berührend angeordnet sind.
Bei einer konkreten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass benachbarte Gitterpunkte einen Abstand von ca. 0,5 - 2mm, vorzugsweise von ca. 1 mm zueinander aufweisen.
In optischer Hinsicht optimal ist es, wenn der Übergang der Strukturelemente zu der definierten Fläche stetig, vorzugsweise C2-stetig, d.h. mit stetigen Tangenten erfolgt.
Besonders gut geeignet ist eine oben beschriebene optische Struktur für eine Beleuchtungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das von ihr abgestrahlte Licht in Form einer abgeblendeten Lichtverteilung, insbesondere einer Abblendlichtverteilung, abzubilden, wobei die abgeblendete Lichtverteilung, insbesondere die Abblendlichtverteilung eine Hell- Dunkel-Grenze aufweist, wobei erfindungsgemäß die optische Struktur, insbesondere die Strukturelemente derart ausgebildet ist/ sind bzw. die Streufunktion derart ausgestaltet ist, dass der Gradient der Hell-Dunkel-Grenze der - unmodifizierten - Lichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung reduziert ist. Die„Weichheit" des Übergangs wird, wie dies in der DE 10 2008 023 551 AI im Detail beschrieben und hier auszugsweise wiederholt wird, durch das Maximum des Gradienten entlang eines vertikalen Schnittes durch die Helldunkelgrenze bei -2,5° horizontal beschrieben. Dazu wird der Logarithmus der Beleuchtungsstärke an 0,1° vertikal voneinander entfernt liegenden Messpunkten errechnet und deren Differenz gebildet, wodurch man die sogenannte Gradientenfunktion erhält. Das Maximum der Gradientenfunktion wird als Gradient der Helldunkelgrenze bezeichnet. Je größer dieser Gradient ist, desto schärfer ist der Helldunkel-Übergang. Die vertikale Position des Maximums dieser Funktion beschreibt auch den Ort, an dem die sogenannte Helldunkelgrenze erkannt wird, das heißt die Stelle, die das menschliche Auge als Grenzelinie zwischen„hell" und„dunkel" wahrnimmt (etwa bei -0,5° vertikal).
Eine Beleuchtungsvorrichtung erzeugt - ohne erfindungsgemäße optische Struktur - eine Abblendlichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze mit einer gewissen Schärfe, beschrieben durch den sogenannten „Gradienten". Durch Vorsehen einer erfindungsgemäßen optischen Struktur wird diese - unmodifizierte - Lichtverteilung derart modifiziert, dass die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze verringert wird, sodass sie den gesetzlichen Anforderungen entspricht und vom menschlichen Auge als angenehm wahrgenommen wird.
Ebenso ist eine erfindungsgemäße optische Struktur von Vorteil für eine Beleuchtungsvorrichtung, welche Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das von ihr abgestrahlte Licht in Form einer abgeblendeten Lichtverteilung, insbesondere einer Abblendlichtverteilung, abzubilden, wobei die abgeblendete Lichtverteilung, insbesondere die Abblendlichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze aufweist, wobei erfindungsgemäß die optische Struktur, insbesondere die Strukturelemente derart ausgebildet ist/ sind bzw. die Streufunktion derart ausgestaltet ist, dass ein Anteil des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung in einen Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet wird.
Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen optischen Struktur auf optimale Weise ein eingangs beschriebenes Signlight erzeugt werden, in dem beispielsweise jedes optische Strukturelement einen geringen Anteil des durch das Strukturelement durchtretenden Lichtstromes in einen entsprechenden Bereich ablenkt. Insbesondere ist es von Vorteil, dass mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur sowohl der Gradient der Hell-Dunkel-Grenze eingestellt als auch ein Signlight erzeugt werden kann. Im Stand der Technik sind dazu zwei optische Strukturen notwendig, wobei einer ersten Struktur zum Erzeugen einer der beiden optischen„Effekte" eine zweite Struktur überlagert wird, welche den zweiten optischen„Effekt" erzeugt. Bei der erfindungsgemäßen optischen Struktur wird dies durch eine Struktur bestehend aus im Wesentlichen identischen Strukturelementen erreicht, welche zur„Realisierung" einer Streufunktion wie oben beschrieben ausgebildet sind.
Bei einer konkreten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass der von der optischen Struktur abgelenkte Lichtstrom in einem Bereich zwischen 1,5° und 4°, insbesondere zwischen 2° und 4° über der HH-Linie liegt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass von der optischen Struktur 0,5% - 1% des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung in einen Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgelenkt wird.
Eine erfindungsgemäße optische Struktur ist weiters von Vorteil für eine Beleuchtungsvorrichtung, welche Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das von ihr abgestrahlte Licht in Form von in n Zeilen und m Spalten abgebildeten Einzellicht- Verteilungen abzubilden, wobei n > 1, m > 1 oder n > 1, m > 1 gilt, und welche Einzellicht- Verteilungen gemeinsam eine Gesamtlichtverteilung, beispielsweise eine Fernlichtverteilung bilden, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die optische Struktur, insbesondere die Strukturelemente derart ausgebildet ist/ sind bzw. die Streufunktion derart ausgestaltet ist, dass zumindest ein Teil des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung in die Grenzbereiche, in welchen jeweils zwei Einzellicht- Verteilungen aneinandergrenzen, abgelenkt wird.
Der„Aufbau" einer Gesamtlichtverteilung aus Einzel-Lichtverteilungen hat den Vorteil, dass z.B. wie oben beschrieben durch Ausblenden einzelner Lichtsegmente (Einzellichtverteilungen) bestimmte Bereiche ausgeblendet werden können. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Einzellichtverteilungen vergleichsweise scharfe angegrenzt sind, was allerdings den Nachteil mit sich bringt, dass sich eine optische Gitterstruktur bilden kann, mit dunklen oder abgedunkelten Bereichen zwischen den Lichtsegmenten, welche als optisch unangenehm empfunden werden können und u.U. gesetzlich auch nicht zulässig sind. Mit der Erfindung ist es auf einfache Weise möglich, ausreichend Licht in diese dunklen oder abgedunkelten Bereiche zwischen den Lichtsegmenten abzustrahlen, sodass diese Gitterstruktur nicht mehr sichtbar ist.
Insbesondere ist dies von Vorteil, wenn benachbarte Einzellicht- Verteilungen der unmodifi- zierten Lichtverteilung einen definierten Abstand bzw. definierte Abstände zueinander aufweisen.
Bei einer konkreten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Einzellicht- Verteilungen der unmodifizierten Lichtverteilung, insbesondere bei einer Projektion auf eine vertikale Ebene, eine rechtseckige oder quadratische Form aufweisen.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass alle Abstände zwischen benachbarten Einzellicht- Verteilungen in horizontaler Richtung identisch sind.
Weiters kann alternativ oder vorzugsweise zusätzlich noch vorgesehen sein, dass alle Abstände zwischen benachbarten Einzellicht- Verteilungen in vertikaler Richtung identisch sind.
Bei einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen dass die Einzellicht- Verteilungen eine Breite und/ oder eine Höhe von ca. 1° aufweisen.
Typischerweise ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Einzellicht- Verteilungen kleiner gleich 0,5° und größer 0°.
Beispielsweise ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Einzellicht-Verteilungen kleiner gleich 0,2°.
Zum Beispiel liegt der Abstand zwischen zwei benachbarten Einzellicht- Verteilungen zwischen 0,05° und 0,15°.
Weiters kann auch vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Einzellicht-Verteilungen kleiner gleich 0,1° ist.
Bei einer konkreten Ausführungsform entspricht die durchschnittliche Lichtintensität in einem Spalt zwischen zwei Einzelllicht-Verteilungen, erzeugt mit dem Lichtstrom, der für eine Einzellicht- Verteilung bestimmt ist, der halben durchschnittlichen Lichtintensität in einer angrenzenden Einzellicht-Verteilung der modifizierten Lichtverteilung, sodass die Gesamt-Lichtintensität, die mit Licht, welches für die beiden angrenzenden Einzellicht- Verteilungen bestimmt ist, im Wesentlichen der Lichtintensität der Einzellicht-Verteilungen der modifizierten Lichtverteilung entspricht.
Vorzugsweise ist die Lichtintensität in allen Einzellicht- Verteilungen dabei im Wesentlichen identisch, ebenso ist vorteilhafterweise die Intensität in den Einzellicht- Verteilungen im Wesentlichen homogen über die gesamte Fläche der Einzellicht- Verteilung.
Wie oben schon erwähnt ist es von besonderem Vorteil, wenn durch die optische Struktur ein Teil jenes Lichtstroms, welcher ohne optische Struktur ausschließlich eine Einzellicht- Verteilung erzeugt, in die diese Einzellicht-Verteilung einrahmenden Spaltenbereiche, welche sich durch die Beabstandung der Einzellicht- Verteilungen zueinander ergeben, abgelenkt wird.
Die dunklen Randbereiche um die Einzellichtverteilungen werden somit ausschließlich mit Licht aus an diese Randbereiche angrenzenden Einzellichtverteilungen ausgeleuchtet, sodass bei einem Abschalten einzelner Einzellichtverteilungen die abgeschalteten Bereiche im Gesamtlichtbild nach wie vor dunkel erscheinen und nicht durch Streulicht„aus" anderen Einzellichtverteilungen beleuchtet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ausgehend von einer betrachteten Einzellicht- Verteilung die Lichtintensität in einem angrenzenden Spalt in Richtung der benachbarten Einzellicht- Verteilung hin abnimmt, wobei die Abnahme vorzugsweise linear verläuft.
Nachdem ein Spalt mit einem Teil des Lichtes, welches für die beiden angrenzenden Einzellicht-Verteilungen bestimmt ist (im Kreuzungsbereich der Spalten einen Teil des Lichtes von vier Einzellicht- Verteilungen), beleuchtet wird, ergibt sich - insbesondere bei einem linearen Verlauf der Intensität - eine annähernd konstante Lichtintensität über den gesamten Spalt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Lichtintensität auf Null abnimmt. Außerdem ist mit Vorteil noch vorgesehen, dass die Lichtintensität in einem Spalt, unmittelbar an den Rand der betrachteten Einzellicht- Verteilung angrenzend, im Wesentlichen der Lichtintensität der Einzellicht- Verteilung der modifizierten Lichtverteilung an ihrem Rand bzw. der durchschnittlichen Lichtintensität in der Einzellicht- Verteilung der modifizierten Lichtverteilung entspricht.
Generell ist es von Vorteil, wenn die optische Struktur derart angeordnet und/ oder ausgebildet ist, dass im Wesentlichen der gesamte, vorzugsweise der gesamte Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung auf die optische Struktur auftrifft.
Auf diese Weise kann der gesamte Lichtstrom für die Modifikation der ursprünglichen Lichtverteilung herangezogen werden.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die optische Struktur derart angeordnet und/ oder ausgebildet ist, dass sie im Wesentlichen homogen ausgeleuchtet ist.
Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer, vorzugsweise genau einer oben beschriebenen optischen Struktur.
Beispielsweise ist die Beleuchtungsvorrichtung ein Projektionssystem.
Vorzugsweise ist in diesem Fall vorgesehen, dass die Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine Lichtquelle, zumindest einen Reflektor und zumindest eine Linse, insbesondere eine Projektionslinse umfasst, und wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die zumindest eine optische Struktur auf der Linse und/ oder einer zusätzlichen Abdeck- oder Streuscheibe angeordnet ist.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung ein Reflexionssystem ist.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Beleuchtungsvorrichtung zumindest einen Freiform- Reflektor und zumindest einen Lichtquelle sowie zumindest eine Streuscheibe und/ oder zumindest eine Abdeckscheibe umfasst, und wobei vorteilhafterweise die zumindest eine optische Struktur auf der zumindest einen Streuscheibe und/ oder der zumindest einen Abdeckscheibe und/ oder einer zusätzlichen Abdeck- oder Streuscheibe angeordnet ist. Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Projektionsmoduls nach dem Stand der
Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Reflexionsmoduls nach dem Stand der
Technik,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Projektionsmoduls mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur an der Außenseite einer Linse,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Reflexionsmoduls mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur an der Außenseite einer Abdeck- oder Streuscheibe,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Projektionsmoduls mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur auf einem zusätzlichen Optikelemente wie einer Scheibe,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Reflexionsmoduls mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur auf einem zusätzlichen Optikelemente wie einer Scheibe,
Fig. 7 eine „herkömmliche", unmodifizierte Abblendlichtverteilung erzeugt mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik,
Fig. 7a einzelne, mit Bereichen einer Beleuchtungsvorrichtung nach dem Stand der
Technik erzeugte Lichtflecken,
Fig. 7b eine größere Anzahl an Lichtflecken wie in Figur 7a dargestellt,
Fig. 8 eine modifizierte Abblendlichtverteilung erzeugt mit einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur,
Fig. 8a die Lichtflecken aus Figur 7a, modifizierte entsprechend einer Streufunktion zur kombinierten Gradientenaufweichung und Erzeugung eines Signlights,
Fig. 8b die Lichtflecken aus Figur 7b, entsprechend mit der Streufunktion modifiziert, Fig. 9 eine Linse mit einer optischen Struktur in einer dreidimensionalen Ansicht, einen Ausschnitt aus der Linse in vergrößerter Darstellung, und weiters ein noch vergrößerten Ausschnitt aus dem bereits vergrößerten Ausschnitt,
Fig. 10 eine hexagonale Gitterstruktur,
Fig. 11 die Gitterstruktur aus Figur 10, besetzt mit optischen Strukturelementen mit kreisförmiger Basis,
Fig. 12 die optische Struktur aus Figur 11 in einer vergrößerten Darstellung im
Bereich eines optischen Strukturelementes,
Fig. 13 eine hexagonale Anordnung von optischen Strukturelementen (Mikrostrukturen) mit kreisförmiger Basis und eine damit erzeugte Lichtverteilung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
Fig. 14 eine Lichtverteilung, aufgebaut aus quadratischen Lichtsegmenten, und ihre
Abbildung über eine optische Struktur wie in Figur 13 gezeigt,
Fig. 15 eine Gitterstruktur auf einer definierten Fläche, auf der optische Strukturelemente einer erfindungsgemäßen optischen Struktur angeordnet sind,
Fig. 16 das Gitter aus Figur 15 im Bereich eines optischen Strukturelementes samt unmittelbar angrenzender Strukturelemente in einer Ansicht von oben,
Fig. 17 der Ausschnitt aus Figur 16 in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 18 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Figur 16,
Fig. 19 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Figur 16,
Fig. 20 rein schematisch die Auswirkungen eines Strukturelementes mit quadratischer Basisfläche auf eine Lichtverteilung, Fig. 21 eine unmodifizierte Lichtverteilung aufgebaut aus quadratischen Lichtsegmenten sowie die Abbildung des diese Lichtverteilung bildenden Lichtstroms mittels einer optischen Struktur mit quadratischen Strukturelementen, und
Fig. 22 den schematischen Verlauf der Lichtintensität in einer unmodifizierten und einer modifizierten Lichtverteilung.
Im Folgenden wird vorerst auf die Figuren 1 - 6 Bezug genommen, welche - ohne Einschränkung des Schutzgegenstandes - prinzipielle Möglichkeiten der Anordnung einer erfindungsgemäßen optischen Struktur zeigen. Eine erfindungsgemäße optische Struktur kann auch bei anderen als den hier dargestellten Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.
Figur 1 zeigt schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 1 in Form eines Projektionssystems, mit einem Reflektor 2, einer Lichtquelle 3, einer (optionalen) Blendenanordnung 4 und einer Projektionslinse 5, mit einer gekrümmte Außenseite 5a und einer Ebenen Innenseite 5b.
Figur 2 zeigt schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 1 in Form eines Reflexionssystems, mit einem Reflektor 2, einer Lichtquelle 3 und einer Streu- bzw. Abdeckscheibe 6, die Bezugszeichen 6a und 6b bezeichnen die Außenseite und die Innenseite der Scheibe 6.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Projektionssystems aus Figur 1, wobei eine erfindungsgemäße optische Struktur 100 an der Außenseite einer Linse 5 angeordnet ist. Diese optische Struktur 100 nimmt dabei vorzugsweise die gesamte Außenseite 5a der Linse 5 ein.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung des Reflexionsmoduls aus Figur 2 mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur 100 an der Außenseite der Abdeck- bzw. Streuscheibe 6, wobei vorzugsweise die optische Struktur die gesamte Außenseite der Scheibe 6 einnimmt.
Figur 5 zeigt nochmals eine schematische Darstellung eines Projektionsmoduls 1 wie in Figur 1 dargestellt, mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur 100 auf einem zusätzlichen Optikelemente wie einer Scheibe, wobei das Optikelement zwischen der Blende 4 und der Linse 5 angeordnet ist.
Figur 6 zeigt schließlich noch eine schematische Darstellung eines Reflexionsmoduls aus Figur 2 mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur 100 auf einem zusätzlichen Optikelemente wie einer Scheibe, welche zwischen der Lichtquelle 3 und der Streu- bzw. Abdeckscheibe 6 angeordnet ist.
Wie schon erwähnt dienen diese Darstellungen lediglich zur Veranschaulichung einiger der Möglichkeiten der Anordnung einer erfindungsgemäßen optischen Struktur 100. Grundsätzlich kann eine Beleuchtungsvorrichtung auch über mehrere Lichtquellen, beispielsweise über LEDs als Lichtquellen verfügen, und der Licht formende Körper kann in Form von einem oder mehreren Lichtleitern, Reflektoren, usw. ausgebildet sein.
Generell gilt, dass die optische Struktur 100 der Beleuchtungsvorrichtung 1 derart zugeordnet oder derart Teil der Beleuchtungsvorrichtung 1 ist, dass die optische Struktur 100 von im Wesentlichen dem gesamten (bzw. dem gesamten optisch relevanten) Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung 1 durchstrahlt wird.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die optische Struktur derart angeordnet und/ oder ausgebildet ist, dass sie homogen ausgeleuchtet ist. Aus der Streufunktion kann für die Berechnung der optischen Struktur in diesem Fall einfach abgeleitet werden, welcher Bruchteil der Gesamtfläche wie stark brechen soll.
Figur 7 zeigt schematisch eine„herkömmliche", unmodifizierte Abblendlichtverteilung LV1, wie sie beispielsweise mit einer in Figur 1 gezeigten, bekannten Beleuchtungsvorrichtung 1 nach dem Stand der Technik erzeugt wird. Die Abblendlichtverteilung LV1 weist eine Hell- Dunkel-Grenze HD1 auf, welche in dem gezeigten Fall einen asymmetrischen Verlauf aufweist.
Figur 7a zeigt zur besseren Veranschaulichung der Wirkung einer erfindungsgemäßen optischen Struktur 100 einzelne, aus der Lichtverteilung LV1 herausgenommene Lichtflecken, Figur 7b zeigt eine noch größere Anzahl an solchen Lichtflecken. Betrachtet man nun Figur 8, so zeigt diese eine modifizierte Lichtverteilung LV2, wobei diese modifizierte Lichtverteilung LV2 durch Modifikation der ursprünglichen Lichtverteilung durch die optische Struktur 100 entsteht. Die modifizierte Lichtverteilung LV2 ergibt sich dabei durch Faltung der unmodifizierten Lichtverteilung LVl mit einer Streufunktion PSF, wobei die optische Struktur 100 derart ausgebildet ist, dass die unmodifizierte Lichtverteilung LVl entsprechend der Streufunktion PSF zu der neuen Lichtverteilung LV2 modifiziert wird.
Die modifizierte Lichtverteilung LV2 verfügt dabei über die im Wesentlichen selbe Verteilungsform wie die unmodifizierte Lichtverteilung LVl und weist ebenfalls eine Hell-Dunkel- Grenze HD2 auf, welche allerdings einen geringeren Gradienten aufweist, wie dies durch den größeren Abstand der Isolux-Linien im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze schematisch angedeutet ist. Die Hell-Dunkel-Grenze HD2 ist somit„weicher".
Weiters ist in Figur 8 noch zu erkennen, dass auch ein Bereich LV2' oberhalb der Hell- Dunkel-Grenze HD2 mit einer gewissen Beleuchtungsstärke beleuchtet wird, um ein Signlight zu erzeugen.
Eine Beleuchtungsvorrichtung erzeugt somit - ohne optische Struktur - in dem gezeigten Beispiel eine Abblendlichtverteilung LVl mit einer Hell-Dunkel-Grenze HD1 mit einer gewissen Schärfe, beschrieben durch den sogenannten„Gradienten". Durch Vorsehen einer optischen Struktur 100 wird diese - unmodifizierte - Lichtverteilung LVl derart modifiziert, dass die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze verringert wird, sodass sie den gesetzlichen Anforderungen entspricht und vom menschlichen Auge als angenehm wahrgenommen wird.
Außerdem wird bei der beschriebenen Ausführungsform ein Anteil des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung 1 in einen Bereich LV2' oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HD2 abgebildet. Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen optischen Struktur 100 auf optimale Weise ein eingangs beschriebenes Signlight erzeugt werden, indem beispielsweise jedes optische Strukturelement einen geringen Anteil des durch das Strukturelement durchtretenden Lichtstromes in einen entsprechenden Bereich ablenkt. Bei der konkreten Ausführungsform wie gezeigt liegt dabei der von der optischen Struktur abgelenkte Lichtstrom in einem Bereich LV2' zwischen 1,5° und 4°, insbesondere zwischen 2° und 4° über der HH-Linie.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass von der optischen Struktur 0,5% - 1% des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung 1 in einen Bereich LV2' oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HD2 abgelenkt wird.
Betrachtet man die Figuren 8a und 8b, so zeigen diese die einzelnen Lichtflecken wie in Figur 7a und 7b gezeigt, modifiziert durch eine erfindungsgemäße optische Struktur 100 zur Gradientenaufweichung und gleichzeitigen Erzeugung eines Signlights. Wie zu erkennen ist, werden die einzelnen Lichtflecken - zumindest im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze - verschmiert (Aufweichung), gleichzeitig wird ein (geringer) Teil des Lichtstromes, welcher ohne optische Struktur zu den Lichtflecken wie in Figur 7a und 7b gezeigt beiträgt, in einen Bereich oberhalb dieser Lichtflecken zur Bildung eines Signlights abgelenkt.
Figur 9 zeigt als Beispiel noch einmal die bereits bekannte Linse 5, welche an ihrer Außenseite eine optische Struktur 100 aufweist, welche aus einzelnen Strukturelementen 110 besteht. Ein einzelnes Strukturelement 110 mit einem Durchmesser d und einer Höhe h ist ebenfalls schematisch in Figur 9 gezeigt.
Nochmals zurückkommend auf Figur 9 ist zu erkennen, dass bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung die Strukturelemente 110 an ihrer Basis einen Kreisquerschnitt aufweisen. Bei einer gekrümmten definierten Fläche, auf welcher die Strukturelemente angeordnet sind, wird dabei die Projektion der Basis - das ist die auf der definierten Fläche von einem Strukturelement eingenommenen Fläche - in eine Ebene betrachtet.
Strukturelemente sind somit vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch, können aber je nach Anwendung unterschiedliche Deformationen, d.h. Abweichungen von dieser rotationssymmetrischen Struktur aufweisen, wobei diese Deformationen großflächig sein können, in der Regel aber lokal ausgebildet sind. Die Strukturelemente 110 sitzen auf den Gitterpunkten 201 eines hexagonalen Gitters 200 angeordnet (siehe Figur 10). Figur 11 zeigt, wie auf jedem Gitterpunkt 201 der Gitterstruktur 200 ein Strukturelement 110 mit kreisförmiger Basis sitzt.
Bei der gezeigten Ausführungsform, bei welcher die Gitterstruktur ein hexagonales Gitter 200 bildet, kann eine Flächenfüllung der definierten Fläche von ca. 87% der definierten Fläche mit Strukturelementen 110 erzielt werden, ca. 13% unmodifizierte Fläche 111 (siehe Figur 12) sind nicht von einem Strukturelement bedeckt.
Eine oben beschriebene optische Struktur mit optischen Strukturelementen mit einer kreisförmigen Basis in einem hexagonalen Gitter eignet sich besonders gut für den an Hand der Figuren 7 und 8 erläuterten Fall einer Gradientenaufweichung der HD-Linie einer Abblendlichtverteilung, ggf. zusammen mit der Erzeugung eines Signlights.
Bei einem Einsatz im Zusammenhang mit segmentierten Lichtverteilungen, insbesondere solchen mit viereckiger Gestalt, sind solche oben beschriebene optische Strukturelemente oftmals nicht optimal, wie dies im Folgenden erläutert wird.
Figur 13 zeigt noch einmal die oben schon beschriebene hexagonale Anordnung der Mikrostrukturen (optischen Strukturelemente) 110, wobei die Mikrostrukturen 110 eine kreisförmige Basis aufweisen. Zwischen den Mikrostrukturen 110 befinden sich, wie auch in Figur 12 gezeigt, unstrukturierte Stellen 111, also nicht modifizierte Bereiche (beispielsweise einer Linsenoberfläche) .
Während die Mikrostrukturen 110 mit kreisförmiger Basis für eine kreisförmige Streufunktion SF110 sorgen, siehe Figur 13 rechts, Licht (d.h. ein Lichtbündel) also in einen kreisförmigen Bereich (bei Projektion in eine Ebene) streuen, streut der unmodifizierte Bereich 111 nicht, ein Punkt eines Objektes (d.h., z.B. einer Lichtquelle) wird„ideal" als Punkt SF111 abgebildet. Das Streubild einer optischen Struktur aus Figur 13 weist somit ein Maximum in ihrem Zentrum auf.
Die nicht veränderten Bereiche 111 der (Linsen-) Oberfläche führen somit aber zu einer idealen Abbildung des Objektes und somit bei scharf abgegrenzten, abzubildenden Licht- Segmenten zu scharfen Segmentgrenzen, d.h. bei Verwendung einer derartigen optischen Struktur bleiben die scharfen Segmentgrenzen nach wie vor erhalten.
Figur 14 zeigt in ihrem linken Bereich eine schematische Lichtverteilung LVl, welche aus mehreren Lichtsegmenten LSI gebildet ist. Die Lichtsegmente LSI sind in diesem Beispiel rechteckig, weisen scharfe Begrenzungsseiten auf und benachbarte Lichtsegmente sind zueinander geringfügig beabstandet.
Bildet man diese Lichtverteilung LVl über eine optische Struktur wie in Figur 13 gezeigt ab, so ergibt sich eine Lichtverteilung LV2, wie in Figur 14, rechts, gezeigt. Einerseits, wie an Hand von Figur 13 beschrieben, werden die Begrenzungsseiten der Lichtsegmente nach wie vor scharf abgebildet, wenn auch abgeschwächt im Vergleich zu der ursprünglichen Lichtverteilung LVl, andererseits fällt auf, dass durch die kreisrunde Basis der Mikrostrukturen 111 (und somit eine kreisrunde Streufunktion PSF) das Ausleuchten der Eck-Bereiche zwischen den Lichtsegmenten erschwert ist.
Mit einer kreisförmigen Streufunktion bzw. Mikrostrukturelementen 110 mit kreisförmiger Basis kann somit zwar der nachteilige Gittereffekt, d.h. dunkle Streifen zwischen den Lichtsegmenten, wie er in Figur 14, linkes Bild, deutlich zu erkennen ist, abgemildert werden, allerdings ist das Ergebnis nicht optimal.
Figur 15 zeigt eine definierte Fläche 111, etwa die ebene Innen- oder Außenseite einer Scheibe oder die Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche einer Linse. Im Falle einer gekrümmten Oberfläche einer Linse stellt die Fläche 111 eine Projektion dieser gekrümmten Oberfläche in eine Ebene dar, vorzugsweise in eine Ebene, welche normal auf die optische Achse der Linse steht.
Die Fläche 111 ist (gedanklich) in ein Gitter 200 unterteilt, welches in dem gezeigten bevorzugten Fall eine quadratische Struktur aufweist. Jede Fläche 202 zwischen vier Eckpunkten 201 wird vollständig von der Grundfläche von genau einem optischen Strukturelement 110 bedeckt, jedes licht streuende Strukturelement 110 weist somit eine quadratische Grundfläche auf. Die viereckige Grundfläche der optischen Strukturelemente ist dabei von geraden Seiten begrenzt, d.h. zwei benachbarte Eckpunkte der Grundfläche eines optischen Strukturelementes sind jeweils mit einer geraden Seite verbunden, wobei sich diese Aussage ein ebenes Gitter bezieht.
Wesen der vorliegenden Erfindung ist es, dass dadurch, dass das Gitter viereckig ist und die Grundfläche des Strukturelementes die gesamte Fläche einer Gitterzelle einnimmt, die gesamte Oberfläche der„Grundstruktur" für die Modifikation der Lichtverteilung herangezogen werden kann. Bei einem hexagonalen Gitter mit kreisförmigen Strukturelementen, wo ebenfalls bereits eine sehr hohe Flächenfüllung von ca. 90 % mit den Strukturelementen erreicht wird, bleibt trotzdem ein geringer Anteil der Grundfläche von ca. 10 % unmodifi- ziert und trägt nicht zur Modifikation des Lichtbildes bei.
In einer parallelen Patentanmeldung der Anmelderin ist eine eingangs erwähnte optische Struktur beschrieben, welche aus optischen Strukturelementen gebildet ist, welche eine kreisförmige Basis aufweisen und in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Bei einer solchen hexagonalen Anordnung können auf der gekrümmten Grenzfläche einer Linse ca. 91% dieser Fläche mit Strukturelementen bedeckt werden, ca. 9% der Linsenoberfläche bleiben unbedeckt. Bei der Abbildung von scharf begrenzten Lichtsegmenten mit einer solchen Linse, z.B. bei rechteckigen Lichtsegmenten, führen diese unbedeckten Bereiche der Linsenoberfläche zu scharfen Abbildung der Kanten der Lichtsegmente und damit zu Inhomogenitäten im Lichtbild.
Mit der vorliegenden Anordnung, bei welche die Linsenoberfläche zu 100% mit den Strukturelementen bedeckt ist, kann auch mit scharf begrenzten Lichtsegmenten, welche mit der Linse in einen Bereich vor dem Fahrzeug abgebildet werden, ein homogenes Lichtbild erzeugt werden, wie dies noch erläutert wird.
Durch die viereckige Form der Basisfläche der Strukturelemente, welche von der Symmetrie her vorzugsweise der Symmetrie der Lichtsegmente entsprechen, können außerdem die Eckbereiche zwischen vier Lichtsegmenten optimal ausgeleuchtet werden, was mit Strukturelementen mit kreisförmiger Basis nicht möglich ist. Entsprechend der Symmetrie der mit der optischen Struktur zu modifizierenden Lichtsegmente LSI (siehe Figur 14) ist bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung somit vorgesehen, dass die Grundfläche jedes optischen Strukturelementes 110 jeweils die Form eines Quadrates 202 aufweist.
Eine konkrete Ausgestaltung eines Strukturelementes 110 wird unter Bezugnahme auf die Figuren 16 - 19 im Folgenden näher erörtert. Das Gitter 200 ist vollständig mit solchen Strukturelementen besetzt, wobei alle Struktur elemente bei - gedachter ebener Fläche 111 - identisch ausgebildet und ausgerichtet sind.
Wie den Figuren 16 - 19 zu entnehmen ist, weist das optische Strukturelemente 110 in ihrem Zentrum eine Zentralerhebung 110a mit kreisförmiger Basis auf. Um eine vollständige Bedeckung eines Quadrates 202 erreichen zu können, ist vorgesehen, dass sich die Basis 110a' der Zentralerhebung 110a bis zu den vier Begrenzungsseiten 203 der viereckigen Grundfläche 202 des Strukturelementes 110 erstreckt.
Vorzugsweise weist die Zentralerhebung 110a einen über ihre gesamte Oberfläche stetigen Verlauf auf.
Die Zentralerhebung 110a weist ihren maximalen Abstand zu der Grundfläche im geometrischen Mittelpunkt ihrer Grundfläche auf, erreicht ihre maximale Höhe also im geometrischen Mittelpunkt des Quadrates 202.
Ihren minimalen Abstand zu der Grundfläche 111/202 weist die Zentralerhebung 110a an ihrem Kreisumfang auf, der in der gezeigten Ausführungsform > 0 ist.
In den Eckbereichen weist das Strukturelement 110 eine Eckbereichs-Erhebung 110b auf. Diese Eckbereichs-Erhebung 110b ist durch eine Seitenfläche einer pyramidenartigen Erhebungen 111b gebildet.
Durch die pyramidenartigen Erhebungen wird es möglich, eine an und für sich kreisrunde Mikrostruktur, also eine Mikrostruktur (optisches Strukturelement) mit kreisrunder Basis in ein rechteckiges, insbesondere quadratisches Gitter „einzubauen", und so 100% Bede- ckungsgrad der definierten Fläche, auf welcher die optische Struktur angeordnet ist, zu erreichen.
Pyramidenartige Erhebungen 111b sitzen an allen Eckpunkten 201 des Gitters 200, und die vier Seitenflächen 110b der an einem Gitterpunkt liegenden Strukturelemente bilden somit gemeinsam die pyramidenartige Erhebung. Eine pyramidenartige Erhebung 111b ist durch vier symmetrisch um den Gitterpunkt 201 angeordnete Eckpunkte begrenzt. Diese Eckpunkte liegen jeweils auf einer Begrenzungsseite eines an der der Erhebung 111b beteiligten Strukturelementes 111, wobei die Eckpunkte in dem gezeigten Beispiel genau in der Hälfte dieser Begrenzungsseiten 203 liegen.
Benachbarte Eckpunkte der pyramidenartigen Erhebung sind durch gekrümmte, insbesondere nach innen gekrümmte bzw. nach innen gebogene Begrenzungsseiten miteinander verbunden.
Die Spitzen lllb' der pyramidenartigen Erhebungen 111b liegen wie gezeigt exakt über einem Gitterpunkt 201 des Gitters 200.
Das gezeigte optische Strukturelement 110 ist in Bezug auf seine Diagonale A-A symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet.
Weiters ist zu erkennen, dass in einem Schnitt durch die pyramidenartige Erhebung 111b entlang einer Ebene normal auf die Grundfläche 202 entlang der Diagonalen A-A die Eckbe- reichs-Erhebungen 110b einen im Wesentlichen linearen Anstieg zu ihrer Spitze 111b' hin aufweisen (Figur 18).
Außerdem kann vorgesehen sein, dass in einem Schnitt B-B durch eine pyramidenartige Erhebung 111b entlang einer Ebene normal auf die Grundfläche 202 entlang einer Begrenzungsseite 203 die Eckbereichs-Erhebungen 110b einen im Wesentlichen konkaven Verlauf aufweisen (Figur 19).
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zentralerhebung 110a und die Eckbereichs- Erhebungen 110b stetig ineinander über gehen. Auf diese Weise lassen sich die optische Strukturen wesentlich einfacher herstellen, da stetige Flächen wesentlich leichter abformbar sind, etwa in einem Spritzgussprozess, als nicht stetige Oberflächen. Der Übergang ist dabei vorzugsweise C0-stetig.
Figur 20 zeigt schematisch die„Auswirkungen" eines Strukturelementes im Vergleich zu Figur 13. Wie in Figur 13 auch erzeugt die kreisförmige Struktur 110a (ähnlich wie die Mikrostruktur 110 in Figur 13) eine kreisförmige Verstreuung SFllOa eines Lichtbündels. Während aber in Figur 13 der unmodifizierte Bereich 111 zu einer„idealen" Abbildung SFlll des durch den Bereich 111 durchtretenden Lichtes führt, ist bei einem Strukturelement 110 gemäß Figur 20 der Bereich außerhalb der kreisförmigen Struktur 110a mit der Struktur 110b wie oben beschrieben versehen, diese führt vereinfacht dargestellt zu einer Streuung des durchtretenden Lichtes in die„Eckbereiche" SFllOb, sodass keine„ideale Abbildung" eines Lichtbündels ohne Streuung erfolgt, sondern Licht entsprechend wie gezeigt teilweise verstreut wird.
Konkret ist dabei vorgesehen, dass eine modifizierte Lichtverteilung LV2 durch Faltung einer unmodifizierten Lichtverteilung LV1 mit einer Streufunktion PSF gebildet ist, und wobei die optische Struktur 100 derart ausgebildet ist, dass die unmodifizierte Lichtverteilung LV1 entsprechend der Streufunktion modifiziert ist.
Ein optisches Streuelement mit einer eckigen, insbesondere einer viereckigen, vorzugsweise einer quadratischen Basisfläche realisiert eine eckige, insbesondere viereckige, vorzugsweise quadratische Streufunktion (siehe Figur 20), mit den insbesondere für segmentierte, eckige, insbesondere für viereckige, vorzugsweise quadratische Lichtsegmente beschriebenen Vorteilen.
Gemäß der Erfindung wird somit die gesamte optische Struktur betrachtet, und diese wird entsprechend über eine Streufunktion derart modifiziert bzw. geformt, dass sich das vollständige gewünschte Lichtbild ergibt. Anders als im Stand der Technik wird entsprechend der vorliegenden Erfindung die gewünschte (modifizierte) Lichtverteilung, ausgehend von einer unmodifizierten, mit der Beleuchtungsvorrichtung ohne optische Struktur erzeugten Lichtverteilung, dadurch realisiert, dass die unmodifizierte Lichtverteilung mit einer solchen Streufunktion gefaltet ist, dass sich die gewünschte Lichtverteilung ergibt, und die optische Struktur in ihrer Gesamtheit wird dann derart geformt, dass sie den gesamten Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung derart modifiziert, dass sich aus der unmodifizierten Lichtverteilung eine der Streufunktion entsprechend modifizierte Lichtverteilung ergibt.
Dabei vorgesehen, dass die Strukturelemente 110 über zumindest eine, vorzugsweise genau eine definierte Fläche 111 zumindest eines, vorzugsweise genau eines Optikelementes 5, 6 verteilt sind, wobei es von besonderem Vorteil ist, wenn die optischen Strukturelemente 110 derart ausgebildet sind, dass jedes Strukturelement 110 das durch das Strukturelement 110 durchtretende Lichtbündel entsprechend der Streufunktion PSF zu einem modifizierten Lichtbündel LB2 modifiziert.
Betrachtet man ein bestimmtes (unmodifiziertes) Lichtbündel aus dem gesamten Lichtstrom, so bildet dieses einen gewissen Beitrag zu der Lichtverteilung im Lichtbild (der gesamte Lichtstrom erzeugt die (Gesamt)-Lichtverteilung). Ein Strukturelement modifiziert nun ein durch das Strukturelement durchtretende Lichtbündel derart, dass der unmodifizierte Beitrag zu der Gesamtlichtverteilung entsprechend der Streufunktion verändert wird. Beispielsweise erzeugt das unmodifizierte Lichtbündel einen Lichtverteilungsbeitrag mit einer bestimmten Form, d.h. es werden bestimmte Bereiche auf der Fahrbahn oder auf einem Messschirm beleuchtet, andere Bereiche sind unbeleuchtet. Durch das Strukturelement werden nun entsprechend der Streufunktion auch Bereiche außerhalb des ursprünglich beleuchteten Bereiches mit einer bestimmten Intensität beleuchtet, während - nachdem der Gesamtlichtstrom konstant bleibt - die Intensität zumindest in Teilen des mit dem unmodifizierten Lichtbündel ursprünglich beleuchteten Bereiches reduziert ist.
Figur 21 zeigt in dem linken Bild noch einmal eine unmodifizierte Lichtverteilung wie in Figur 14 (links Bild) bereits dargestellt. Mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur wie oben beschrieben kann somit eine wesentlich bessere Verstreuung als mit einer kreisrunden Mikrostruktur (siehe Figur 14) erreicht werden, die Gitterstruktur aus Figur 14 (rechts Bild) ist in Figur 21 (rechtes Bild) nicht mehr oder nur noch in einem nicht mehr störenden und gesetzeskonformen Ausmaß erkennbar.
Wie in Figur 21 zu erkennen, weisen benachbarte Einzellicht- Verteilungen LSI in horizontaler Richtung einen Abstand dl auf, wobei alle Abstände dl identisch sind. Weiter weisen benachbarte Verteilungen LSI in vertikaler Richtung Abstände d2 auf, wobei alle vertikalen Abstände identisch sind. Vorzugsweise gilt weiters dl = d2. Die Verteilungen bzw. Lichtsegmente LSI weisen typischerweise, aber nicht einschränkend, eine Breite und/ oder eine Höhe von ca. 1° aufweisen. Bei rechteckigen Lichtsegmenten weisen diese üblicherweise in vertikaler Höhe eine (etwas) größere Ausdehnung auf als in horizontaler Richtung.
Durch den Abstand der Lichtsegmente LSI bilden sich im Lichtbild dunkle Spalten. Die Breite dieser Spalten (welche den Abständen dl, d2 entspricht), ist dabei typischerweise kleiner gleich 0,5° und größer 0°, in der Regel kleiner gleich 0,2° oder kleiner gleich 0,1°. Ein typischer Bereich für die Breite dl, d2 der Spalten liegt zwischen 0,05° und 0,15°.
Die Lichtintensität ist in allen Einzellicht-Verteilungen LSI im Wesentlichen identisch, ebenso ist vorteilhafterweise die Intensität in den Einzellicht- Verteilungen LSI im Wesentlichen homogen über die gesamte Fläche der Einzellicht- Verteilung, wie dies in Figur 21, linke Seite schematisch angedeutet ist.
Durch die optische Struktur wird ein Teil jenes Lichtstroms, welcher ohne optische Struktur ausschließlich eine Einzellicht- Verteilung (LSI) erzeugt, in die diese Einzellicht- Verteilung (LSI) einrahmenden Spaltenbereiche, welche sich durch die Beabstandung der Einzellicht- Verteilungen (LSI) zueinander ergeben, abgelenkt.
Die dunklen Randbereiche um die Einzellichtverteilungen werden somit ausschließlich mit Licht aus an diese Randbereiche angrenzenden Einzellichtverteilungen ausgeleuchtet, sodass bei einem Abschalten einzelner Einzellichtverteilungen die abgeschalteten Bereiche im Gesamtlichtbild nach wie vor dunkel erscheinen und nicht durch Streulicht„aus" anderen Einzellichtverteilungen beleuchtet sind.
Figur 22 zeigt schematisch den Verlauf der Lichtintensität bei einem unmodifizierten Lichtbild. In den Lichtsegmenten LSI ist die Lichtintensität I konstant auf einem Wert I = II, in den Spalten beträgt die Intensität 1 = 0.
Mit der optischen Struktur wird nun ein Teil jenes Lichtstromes, welcher exakt ein Lichtsegment LSI bildet, in die angrenzenden Ränder gestreut. Dadurch erniedrigt sich die Intensität in den modifizierten Lichtsegmenten LSI' auf einen Wert II' (wobei die Form der Segmente LSI' weiterhin den unmodifizierten Lichtsegmenten LSI entspricht), allerdings wird ein Teil des Lichtes für das ursprüngliche Segment LSI in die angrenzenden Ränder gestreut. Die Menge des bestreuten Lichtes ist dabei derart über die optische Struktur gewählt (bzw. die optische Struktur entsprechend ausgestalten), dass in einem Spalt wie in Figur 22, rechte Seite dargestellt, die Intensität von I = II' am Rand des betrachteten Lichtsegmentes LSI' beträgt und dann linear auf den Wert 1 = 0 abnimmt, wobei 1 = 0 am Rand des angrenzenden Lichtsegmentes LSI' erreicht wird. Auf diese Weise kann eine Gesamt-Intensität im Spalt von I = II' erreicht werden (Figur 22), da sich die Intensitäten des Streulichtes aus den beiden angrenzenden Lichtsegmenten addieren.
Mit quadratischen Strukturelementen 110 kann also eine rechteckige bzw. wie gezeigt quadratische Streufunktion (Figur 20, 21) realisiert werden, mittels welcher die Spalten und insbesondere auch die„Kreuzungsbereiche" von vier benachbarten Lichtsegmenten optimal ausgeleuchtet werden können, um die Homogenität des Lichtbildes zu erhöhen.
Dadurch, dass keine unmodifizierten Bereiche vorliegen, erfährt der gesamte durch ein Strukturelement 110 durchtretende Lichtstrom in gewissem Ausmaß eine Streuung, sodass außerdem scharfe Kante nicht mehr völlig scharf sondern aufgeweicht abgebildet werden.
Dadurch, dass die gesamte Grundfläche von optischen Strukturelementen eingenommen wird in Folge der 100% Flächenfüllung, werden die Begrenzungskanten nicht mehr absolut scharf abgebildet. Mit den pyramidenartigen Erhebungen kann zusätzlich der Bereich zwischen vier benachbarten Lichtsegmenten optimal ausgeleuchtet werden, sodass sich in allen Bereichen zwischen den Lichtsegmenten einen homogene Lichtverteilung ergibt, bei Abschalten eines (oder mehrerer) Lichtsegmente(s) der ausgeblendete Bereich zwar ausreichend scharf, aber mit verwaschener Begrenzungsseite abgebildet wird, sodass diese nicht als störend empfunden wird.
Allgemein gilt, dass es von Vorteil ist, wenn die Abmessung eines Strukturelementes 110, in dem gezeigten Fall somit die Länge der Diagonale bzw. einer Seitenlänge des Viereckes und/ oder die Höhe (das ist der maximale Normalbstand der Oberfläche des Strukturelementes von der definierten Fläche) des Strukturelementes 110, größer, insbesondere sehr viel größer als die Wellenlänge von sichtbarem Licht ist/ sind, sodass Beugungseffekte vermieden werden können. Konkret liegt dabei die Höhe der Strukturelemente 110 im μηι-ΒθΓθίΛ.
Beispielsweise liegt die Höhe der Strukturelemente 110 im Bereich von 0,5 - 5 μηι, wobei vorzugsweise die Höhe h der Strukturelemente 110 im Bereich von 1 - 3 μιη liegt.
Bei einer konkreten Ausführungsform beträgt die Höhe der Strukturelemente 110 ca. 2,7 μιη.
Weiters ist bei einer konkreten Ausführungsform, z.B. bei Varianten mit den oben beschriebenen Höhen, vorgesehen, dass die Länge der Diagonale bzw. die Länge der Seiten der Basisfläche der Strukturelemente 110 im Millimeter-Bereich liegt.
Beispielsweise liegt die Länge der Diagonale bzw. die Länge der Seiten der Strukturelemente 110 zwischen 0,5 - 2 mm, wobei vorzugsweise die Länge der Diagonale bzw. die Länge der Seiten der Strukturelemente 110 ca. 1 mm beträgt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform einer Linse, auf welcher die Strukturelemente angeordnet sind, beträgt der Durchmesser der Linse 90 mm.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die optischen Strukturelemente 110 derart ausgebildet sind, dass jedes Strukturelement 110 das durch das jeweilige Strukturelement 110 durchtretende Lichtbündel entsprechend der Streufunktion PSF zu einem modifizierten Lichtbündel modifiziert.
Betrachtet man ein bestimmtes (unmodifiziertes) Lichtbündel aus dem gesamten Lichtstrom, so bildet dieses einen gewissen Beitrag zu der Lichtverteilung im Lichtbild (der gesamte Lichtstrom erzeugt die (Gesamt)-Lichtverteilung). Ein Strukturelement modifiziert nun ein durch das Strukturelement durchtretendes Lichtbündel derart, dass der unmodifizierte Beitrag zu der Gesamtlichtverteilung entsprechend der Streufunktion verändert wird. Beispielsweise erzeugt das unmodifizierte Lichtbündel einen Lichtverteilungsbeitrag mit einer bestimmten Form, d.h. es werden bestimmte Bereiche auf der Fahrbahn oder auf einem Messschirm beleuchtet, andere Bereiche sind unbeleuchtet. Durch das Strukturelement 110 werden nun entsprechend der Streufunktion PSF auch Bereiche außerhalb des ursprünglich beleuchteten Bereiches mit einer bestimmten Intensität beleuchtet, während - nachdem der Gesamtlichtstrom konstant bleibt - die Intensität zumindest in Teilen des mit dem unmodifi- zierten Lichtbündel ursprünglich beleuchteten Bereiches reduziert ist.
Wie im Zusammenhang mit Figur 9 erwähnt, ist es von Vorteil, wenn die gesamte definierte Fläche 5a mit den optischen Strukturelementen 110 bedeckt ist.
Weiters ist es von besonderem Vorteil, wenn alle Strukturelemente 110 im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Jedes Strukturelement modifiziert dann den durch sie durchtretenden Lichtstrom auf identische Weise wie alle anderen Strukturelemente.
„Im Wesentlichen" identisch bedeutet dabei, dass bei einer ebenen Fläche, auf welcher die Strukturelemente angeordnet sind, diese tatsächlich identisch ausgebildet sind.
Bei gekrümmten Flächen, wie bei einer Lichtsaustrittsfläche 5a einer Linse 5, sind die Strukturelemente in ihrem zentralen Bereich jeweils identisch ausgebildet, während sich durch die Krümmung der Fläche die Randbereiche unterschiedlicher Strukturelemente (geringfügig) voneinander unterscheiden können.
Bei einer konkreten Ausführungsform ist entsprechend vorgesehen, alle Strukturelemente 110 in Bezug auf eine ebene bzw. als eben gedachte Fläche 111 identisch ausgebildet sind.
Entsprechend werden die Strukturelemente für eine ebene Fläche berechnet; werden diese so berechneten, identischen Strukturelemente - mit identischer Ausrichtung - auf eine gekrümmte Fläche beispielsweise einer Linse aufgesetzt, so sind wie oben schon erwähnt die Strukturelemente in ihrem zentralen Bereich nach wie vor identisch ausgebildet; in den Übergangsbereichen zu der ursprünglichen Linsenfläche, auf welche die Strukturelemente aufgesetzt sind, weisen die Strukturelemente aber ja nach Position auf der Linsenfläche auf Grund der Krümmung der Linsenoberfläche eine unterschiedliche Gestalt auf, was aber bei der geringen Größe der Strukturelemente in keinen oder nur sehr geringen Auswirkungen auf die Lichtverteilung resultiert
Weiters ist es von Vorteil, wenn alle Strukturelemente 110 identisch ausgerichtet sind.
Bei einer ebenen definierten Fläche bedarf dies keiner weiteren Erläuterungen. Bei gekrümmten Flächen (Beispiel: Linse) sind die Strukturelemente identisch entlang von Achsen durch die Fläche angeordnet, welche Achsen alle parallel zu einer Symmetrieachse oder zu einer optischen Achse der Fläche verlaufen (und nicht normal auf die Flächennormale).
Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile, da die optische Struktur und das Werkzeug zur Erzeugung der Struktur auf diese Weise einfach entfernt werden können, da sich keine Hinterschneidungen an der optischen Struktur bilden können.
Optimal lässt sich eine erfindungsgemäße optische Struktur bzw. ein modifiziertes Lichtbild erzeugen, wenn die Streufunktion PSF eine Point-Spread-Function ist.
Weiters gilt auch mit Vorteil, dass die Symmetrie eines Strukturelementes von der Symmetrie der Streufunktion PSF ab hängt. Das Strukturelement weist i.A. dieselbe Symmetrieklasse wie die PSF auf. Ist beispielsweise die PSF horizontal spiegelsymmetrisch, so weist auch das Strukturelement eine horizontale Spiegelsymmetrie auf.
Die vollständige Mikrostrukturierung der Linsenoberfläche stellt grundsätzlich einen Vorteil für sämtliche Anwendungsfälle der Mikrostruktur dar (z.B. Xenon- und LED- Projektionssysteme, segmentierte Lichtverteilung, welche über Linsen oder andere lichtformende Körper abgebildet werden, ....).
Die Eigenschaft der quadratischen Streufunktion stellt insbesondere für segmentiere Lichtverteilungen eine erhebliche Verbesserung dar ansonsten, da ohne erfindungsgemäße optische Struktur in diesem Fall die Grenzen von quadratische/ rechteckigen Segmenten so verschoben werden müssten, dass alle Lücken, auch in den Ecken, geschlossen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optische Struktur (100) für eine Beleuchtungsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung (1) zur Abstrahlung von Licht eingerichtet ist, welches von der Beleuchtungsvorrichtung (1) abgestrahlte Licht eine vorgegebene Lichtverteilung (LV1) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Struktur (100) der Beleuchtungsvorrichtung (1) derart zugeordnet oder derart Teil der Beleuchtungsvorrichtung (1) ist, dass die optische Struktur (100) von im Wesentlichen dem gesamten Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung (1) durchstrahlt wird, und wobei die optische Struktur (100) aus einer Vielzahl von optischen Strukturelementen (110) besteht, welche Strukturelemente (110) eine Licht streuende Wirkung aufweisen, und welche optische Strukturelemente (100) derart ausgebildet sind, die - von der Beleuchtungsvorrichtung (1) erzeugte, unmodifizierte Lichtverteilung (LV1) - von der optischen Struktur (100) zu einer vorgebbaren, modifizierten Lichtverteilung (LV2) modifiziert ist, und wobei die optischen Strukturelemente (110) eine viereckige Grundfläche (202) aufweisen, d.h., dass die Fläche (202) zwischen den Eckpunkten (201) eines viereckigen Gitters (200) vollständig von der Grundfläche von genau einem optischen Strukturelement (110) bedeckt ist.
2. Optische Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte Lichtverteilung (LV2) durch Faltung der unmodifizierten Lichtverteilung (LV1) mit einer Streufunktion (PSF) gebildet ist, und wobei die optische Struktur (100) derart ausgebildet ist, dass die unmodifizierte Lichtverteilung (LV1) entsprechend der Streufunktion modifiziert ist.
3. Optische Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (110) über zumindest eine, vorzugsweise genau eine definierte Fläche (111) zumindest eines, vorzugsweise genau eines Optikelementes (5, 6) verteilt sind.
4. Optische Struktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Strukturelemente (110) derart ausgebildet sind, dass jedes Strukturelement (110) das durch das Strukturelement (110) durchtretende Lichtbündel (LB1) entsprechend der Streufunktion (PSF) zu einem modifizierte Lichtbündel (LB2) modifiziert.
5. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche der optischen Strukturelemente (110) jeweils von einem Rechteck gebildet ist.
6. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche der optischen Strukturelemente (110) jeweils von einem Quadrat (202) gebildet ist.
7. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Strukturelemente (110) in ihrem Zentrum eine Zentralerhebung (110a) mit vorzugsweise kreisförmiger Basis aufweisen.
8. Optische Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Basis der Zentralerhebung (110a) bis zu den vier Begrenzungsseiten (203) der viereckigen Grundfläche (202) erstreckt.
9. Optische Struktur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralerhebung (110a) einen über ihre gesamte Oberfläche stetigen Verlauf aufweist.
10. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralerhebung (110a) ihren maximalen Abstand zu der Grundfläche im geometrischen Mittelpunkt ihrer Grundfläche aufweist.
11. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralerhebung (110a) ihren minimalen Abstand zu der Grundfläche an ihrem Kreisumfang aufweist.
12. Optische Struktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand des Kreisumfanges zu der Grundfläche gleich Null ist.
13. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (110) in ihren Eckbereichen eine Eckbereichs-Erhebung (110b) aufweisen, welche jeweils durch eine Seitenfläche einer pyramidenartigen Erhebungen (111b) gebildet.
14. Optische Struktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle an einem Eckpunkt (201) des Gitters liegenden Strukturelemente (110) zu der pyramidenartigen Erhebung (111b) beitragen.
15. Optische Struktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (lllb') einer pyramidenartigen Erhebung (111b) exakt über einem Gitterpunkt (201) des Gitters (200) liegt.
16. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Strukturelemente (110) jeweils in Bezug auf ihre Diagonale symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
17. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schnitt durch ein pyramidenartige Erhebung (111b) entlang einer Ebene normale auf die Grundfläche (202) entlang einer Diagonalen (A-A) die Eckbereichs- Erhebungen (110b) einen im Wesentlichen linearen Anstieg aufweisen.
18. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schnitt durch ein pyramidenartige Erhebung (111b) entlang einer Ebene normale auf die Grundfläche (202) entlang einer Begrenzungsseite (203) die Eckbereichs- Erhebungen (110b) einen im Wesentlichen konkaven Verlauf aufweisen.
19. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralerhebung (110a) und die Eckbereichs-Erhebungen (110b) stetig ineinander über gehen.
20. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf zumindest einer, vorzugsweise genau einer Grenzfläche eines Optikelementes, welches in Form einer Streuscheibe (6) oder in Form einer Abdeckscheibe (6) der Beleuchtungsvorrichtung (1) ausgebildet ist, angeordnet ist.
21. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf zumindest einer Oberfläche eines Optikelementes in Form einer Linse (5), insbesondere einer Projektionslinse der Beleuchtungsvorrichtung (1) angeordnet ist.
22. Optische Struktur nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Struktur auf der Lichtaustrittsseite (5a) der Linse (5) angeordnet ist.
23. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (110) der optischen Struktur (100) über die gesamte zumindest eine Grenzfläche (5a, 6a) eines Optikelementes (5, 6) verteilt sind.
24. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass alle Strukturelemente (110) im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
25. Optische Struktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass alle Strukturelemente (110) in Bezug auf eine ebene bzw. als eben gedachte Fläche (111) identisch ausgebildet sind.
26. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass alle Strukturelemente (110) identisch ausgerichtet sind.
27. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Streufunktion (PSF) eine Point-Spread-Function ist.
28. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessung eines Strukturelementes (110), beispielsweise ein Durchmesser (d) und/ oder eine Höhe (h) des Strukturelementes (110), größer, insbesondere sehr viel größer als die Wellenlänge von sichtbarem Licht ist.
29. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Strukturelemente (110) im μηι-ΒθΓθκ:1ι liegt.
30. Optische Struktur nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Strukturelemente (110) im Bereich von 0,5 - 5 μιη liegt.
31. Optische Struktur nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Strukturelemente (110) im Bereich von 1 - 3 μιη liegt.
32. Optische Struktur nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Strukturelemente (110) ca. 2,7 μιη beträgt.
33. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) bzw. eine Länge der Strukturelemente (110) im Millimeter-Bereich liegt.
34. Optische Struktur nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) bzw. eine Länge der Strukturelemente (110) zwischen 0,5 - 2 mm liegt.
35. Optische Struktur nach einem der Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) bzw. eine Länge der Strukturelemente (110) ca. 1 mm beträgt.
36. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Fläche (111), auf welcher die Strukturelemente (110) verteilt sind, in eine - gedachte -, vorzugsweise regelmäßige Gitterstruktur (200) unterteilt ist, und wobei die Strukturelemente an den Gitterpunkten (201) oder zwischen den Gitterpunkten (201) der Gitterstruktur (200) angeordnet sind.
37. Optische Struktur nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Gitterpunkt (201) oder zwischen den Gitterpunkten (201) der Gitterstruktur (200) jeweils genau ein Strukturelement (110) angeordnet ist.
38. Optische Struktur nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass an benachbarte Strukturelemente (110) ineinander übergehend, d.h. einander berührend angeordnet sind oder die Strukturelemente (110) voneinander isoliert, d.h. einander nicht berührend angeordnet sind.
39. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Gitterpunkte (201) einen Abstand von ca. 0,5 - 2mm, vorzugsweise von ca. 1 mm zueinander aufweisen.
40. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang der Strukturelemente (110) zu der definierten Fläche (111) stetig, vorzugsweise C2-stetig erfolgt.
41. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 40 für eine Beleuchtungs Vorrichtung (1), welche Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, das von ihr abgestrahlte Licht in Form einer abgeblendeten Lichtverteilung (LV1), insbesondere einer Abblendlichtverteilung, abzubilden, wobei die abgeblendete Lichtverteilung (LV1), insbesondere die Abblendlichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze (HD1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Struktur (100), insbesondere die Strukturelemente (110) derart ausgebildet ist/ sind bzw. die Streufunktion derart ausgestaltet ist, dass der Gradient der Hell-Dunkel- Grenze (HD1) der - unmodifizierten - Lichtverteilung (LV1) der Beleuchtungsvorrichtung (1) reduziert ist.
42. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 41 für eine Beleuchtungsvorrichtung (1), welche Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, das von ihr abgestrahlte Licht in Form einer abgeblendeten Lichtverteilung (LV1), insbesondere einer Abblendlichtverteilung, abzubilden, wobei die abgeblendete Lichtverteilung, insbesondere die Abblendlichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze (HD1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Struktur (100), insbesondere die Strukturelemente (110) derart ausgebildet ist/ sind bzw. die Streufunktion derart ausgestaltet ist, dass ein Anteil des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung (1) in einen Bereich (LV2') oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (HD1, HD2) abgebildet wird.
43. Optische Struktur nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass der abgelenkte Lichtstrom in einem Bereich (LV2') zwischen 1,5° und 4°, insbesondere zwischen 2° und 4° über der HH-Linie liegt.
44. Optische Struktur nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass von ihr ca. 1 % des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung (1) in einen Bereich (LV2') oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (HD1, HD2) abgelenkt wird.
45. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 40 für eine Beleuchtungs Vorrichtung (1), welche Beleuchtungsvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, das von ihr abgestrahlte Licht in Form von in n Zeilen und m Spalten abgebildeten Einzellicht- Verteilungen (LSI) abzubilden, wobei n > 1, m > 1 oder n >1, m> 1 gilt, und welche Einzellicht- Verteilungen (LSI) gemeinsam eine Gesamtlichtverteilung (LV1), beispielsweise eine Fernlichtverteilung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Struktur (100), insbesondere die Strukturelemente (110) derart ausgebildet ist/ sind bzw. die Streufunktion derart ausgestaltet ist, dass zumindest ein Teil des Lichtstroms der Beleuchtungsvorrichtung (1) in die Grenzbereiche, in welchen jeweils zwei Einzellicht- Verteilungen aneinandergrenzen, abgelenkt wird.
46. Optische Struktur nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Einzellicht- Verteilungen (LSI) der unmodifizierten Lichtverteilung (LV1) einen definierten Abstand bzw. definierte Abstände (dl, d2) zueinander aufweisen.
47. Optische Struktur nach Anspruch 45 oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellicht- Verteilungen (LSI) der unmodifizierten Lichtverteilung (LV1), insbesondere bei einer Projektion auf eine vertikale Ebene, eine rechtseckige oder quadratische Form aufweisen.
48. Optische Struktur nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abstände (dl) zwischen benachbarten Einzellicht- Verteilungen (LSI) in horizontaler Richtung identisch sind.
49. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 46 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abstände (d2) zwischen benachbarten Einzellicht- Verteilungen (LSI) in vertikaler Richtung identisch sind.
50. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 46 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellicht- Verteilungen (LSI) eine Breite und/ oder eine Höhe von ca. 1° aufweisen.
51. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 46 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (dl, d2) zwischen zwei benachbarten Einzellicht-Verteilungen (LSI) kleiner gleich 0,5° und größer 0° ist.
52. Optische Struktur nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (dl, d2) zwischen zwei benachbarten Einzellicht- Verteilungen (LSI) kleiner gleich 0,2° ist.
53. Optische Struktur nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (dl, d2) zwischen zwei benachbarten Einzellicht- Verteilungen (LSI) zwischen 0,05° und 0,15° liegt.
54. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 51 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Einzellicht- Verteilungen (LSI) kleiner gleich 0,1° ist.
55. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 45 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Lichtintensität in einem Spalt zwischen zwei Einzelllicht- Verteilungen (LSI), erzeugt mit dem Lichtstrom, der für eine Einzellicht-Verteilung bestimmt ist, der halben durchschnittlichen Lichtintensität in einer angrenzenden Einzellicht- Verteilung (LSI) der modifizierten Lichtverteilung entspricht.
56. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 45 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass durch die optische Struktur ein Teil jenes Lichtstroms, welcher ohne optische Struktur ausschließlich eine Einzellicht- Verteilung (LSI) erzeugt, in die diese Einzellicht- Verteilung (LSI) einrahmenden Spaltenbereiche, welche sich durch die Beabstandung der Einzellicht- Verteilungen (LSI) zueinander ergeben, abgelenkt wird.
57. Optische Struktur nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer betrachteten Einzellicht- Verteilung (LSI) die Lichtintensität in einem angrenzenden Spalt in Richtung der benachbarten Einzellicht- Verteilung (LSI) hin abnimmt, wobei die Abnahme vorzugsweise linear verläuft.
58. Optische Struktur nach Anspruch 56 oder 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensität auf Null abnimmt.
59. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 56 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensität in einem Spalt, unmittelbar an den Rand der betrachteten Einzellicht- Verteilung (LSI) angrenzend, im Wesentlichen der Lichtintensität der Einzellicht- Verteilung (LSI) der modifizierten Lichtverteilung an ihrem Rand bzw. der durchschnittlichen Lichtintensität in der Einzellicht- Verteilung (LSI) der modifizierten Lichtverteilung entspricht.
60. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart angeordnet und/ oder ausgebildet ist, dass im Wesentlichen der gesamte, vorzugsweise der gesamte Lichtstrom der Beleuchtungsvorrichtung (1) auf die optische Struktur (100) auftrifft.
61. Optische Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 60, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass sie im Wesentlichen homogen ausgeleuchtet ist.
62. Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest einer, vorzugsweise genau einer optischen Struktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 61.
63. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) ein Projektionssystem ist.
64. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) zumindest eine Lichtquelle (3), zumindest einen Reflektor (2) und zumindest eine Linse (5), insbesondere eine Projektionslinse umfasst.
65. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine optische Struktur (100) auf der Linse (5) und/ oder einer zusätzlichen Abdeck- oder Streuscheibe angeordnet ist.
66. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) ein Reflexionssystem ist.
67. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Freiform-Reflektor (2) und zumindest einen Lichtquelle (3) sowie zumindest eine Streuscheibe (6) und/ oder zumindest eine Abdeckscheibe (6) umfasst.
68. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine optische Struktur (100) auf der zumindest einen Streuscheibe (6) und/ oder der zumindest einen Abdeckscheibe (6) und/ oder einer zusätzlichen Abdeck- oder Streuscheibe angeordnet ist.
69. Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 62 bis 68.
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US14/916,499 US10132462B2 (en) 2013-09-03 2014-08-28 Optical structure having a microstructure with a quadratic diffusion function
JP2016539358A JP6259101B2 (ja) 2013-09-03 2014-08-28 方形散乱機能を有する微小構造体を有する光学構造体
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Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3091273A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-09 ZKW Group GmbH Optische struktur für signlight
WO2016176706A1 (de) * 2015-05-06 2016-11-10 Zkw Group Gmbh Scheinwerfer für kraftfahrzeuge
EP3239593A1 (de) 2016-04-25 2017-11-01 ZKW Group GmbH Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung
EP3671304A1 (de) 2018-12-19 2020-06-24 Automotive Lighting Reutlingen GmbH Verfahren zur konstruktion eines optischen elements für einen kraftfahrzeugscheinwerfer
WO2021008647A1 (de) 2019-07-13 2021-01-21 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
WO2021104583A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102019133656A1 (de) * 2019-12-10 2021-06-10 HELLA GmbH & Co. KGaA Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung
DE102020103096A1 (de) 2020-02-06 2021-08-12 Marelli Automotive Lighting Reutlingen (Germany) GmbH Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung
WO2021244707A1 (de) 2020-06-05 2021-12-09 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102020127639A1 (de) 2020-10-20 2022-04-21 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
WO2022083828A1 (de) 2020-10-20 2022-04-28 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102021130715A1 (de) 2020-12-03 2022-06-09 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
DE102022102113A1 (de) 2021-02-01 2022-08-04 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102021105560A1 (de) 2021-03-08 2022-09-08 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
US11643352B2 (en) 2019-05-03 2023-05-09 Docter Optics Se Method for manufacturing an optical element out of glass
DE102022100705A1 (de) 2022-01-13 2023-07-13 Docter Optics Se Kraftfahrzeug
DE102022109270A1 (de) 2022-04-14 2023-10-19 Marelli Automotive Lighting Reutlingen (Germany) GmbH Projektionslichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Overheadelemente aufweisenden Projektionslinse
WO2023198442A1 (de) * 2022-04-14 2023-10-19 HELLA GmbH & Co. KGaA Beleuchtungsvorrichtung für fahrzeuge sowie herstellungsverfahren
DE102022124019A1 (de) * 2022-09-20 2024-03-21 HELLA GmbH & Co. KGaA Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT517266B1 (de) 2015-05-27 2017-03-15 Zkw Group Gmbh Verbundanordnung zur abdeckung einer flächigen leuchte
FR3055691B1 (fr) * 2016-09-06 2019-08-23 Valeo Vision Module d'eclairage a ecran diffractif pour vehicule automobile
FR3062454B1 (fr) * 2017-01-27 2019-03-15 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d’eclairage a masque a motifs 3d
CN109427949B (zh) * 2017-08-24 2020-07-24 嘉兴敏德汽车零部件有限公司 高压芯片出光组件
CN109427948B (zh) * 2017-08-24 2020-07-24 嘉兴敏德汽车零部件有限公司 高压芯片出光单元
AT519863B1 (de) * 2017-09-27 2018-11-15 Zkw Group Gmbh Kraftfahrzeubeleuchtungsvorrichtung mit unterteilte Mikro-Eintrittsoptiken aufweisenden Mikrooptik-Systemen
FR3072446B1 (fr) * 2017-10-13 2021-06-25 Valeo Vision "module d'eclairage formant un motif lumineux divise en une portion superieure nette et une portion inferieure floue"
CZ307903B6 (cs) * 2017-12-06 2019-08-07 Varroc Lighting Systems, s.r.o. Kolimátor, zejména pro světelné zařízení vozidla, a optický modul obsahující kolimátor
US10634307B2 (en) 2018-09-06 2020-04-28 Sl Corporation Lamp for vehicle
DE102018131556A1 (de) * 2018-12-10 2020-06-10 HELLA GmbH & Co. KGaA Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, optisches Bauteil sowie Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1370885A (en) * 1919-11-14 1921-03-08 Eastman Kodak Co Diffusing element
US5836674A (en) * 1995-03-18 1998-11-17 Koito Manufacturing Co., Ltd. Lens structure for lamps
DE102007063569A1 (de) * 2007-12-28 2009-07-02 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge
DE102008023551A1 (de) * 2008-05-14 2009-11-19 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Optische Linse für Beleuchtungszwecke und Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Linse
DE102009020593A1 (de) * 2009-05-09 2010-11-11 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Zur Erzeugung einer definierten Overhead-Beleuchtung eingerichteter Fahrzeugscheinwerfer
EP2306074A2 (de) * 2009-10-05 2011-04-06 Automotive Lighting Reutlingen GmbH Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Halbleiterquellen, eine Primäroptik und eine Sekundäroptik aufweisenden Lichtmodul
DE102012018517A1 (de) * 2012-08-31 2013-03-21 Daimler Ag Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug
EP2587125A2 (de) * 2011-10-27 2013-05-01 Automotive Lighting Reutlingen GmbH Scheinwerferprojektionsmodul für ein Kraftfahrzeug
EP2680047A1 (de) * 2012-06-27 2014-01-01 Valeo Vision Herstellungsverfahren einer Linse für optisches Modul eines Kraftfahrzeugs

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5995303A (en) * 1994-09-30 1999-11-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical element and optical device
CN101424752A (zh) * 2007-10-31 2009-05-06 富士迈半导体精密工业（上海）有限公司 光学透镜及光源模组
FR2986621B1 (fr) * 2012-01-12 2015-01-23 Valeo Vision Lentille pour module optique de vehicule automobile

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1370885A (en) * 1919-11-14 1921-03-08 Eastman Kodak Co Diffusing element
US5836674A (en) * 1995-03-18 1998-11-17 Koito Manufacturing Co., Ltd. Lens structure for lamps
DE102007063569A1 (de) * 2007-12-28 2009-07-02 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge
DE102008023551A1 (de) * 2008-05-14 2009-11-19 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Optische Linse für Beleuchtungszwecke und Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Linse
DE102009020593A1 (de) * 2009-05-09 2010-11-11 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Zur Erzeugung einer definierten Overhead-Beleuchtung eingerichteter Fahrzeugscheinwerfer
EP2306074A2 (de) * 2009-10-05 2011-04-06 Automotive Lighting Reutlingen GmbH Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Halbleiterquellen, eine Primäroptik und eine Sekundäroptik aufweisenden Lichtmodul
EP2587125A2 (de) * 2011-10-27 2013-05-01 Automotive Lighting Reutlingen GmbH Scheinwerferprojektionsmodul für ein Kraftfahrzeug
EP2680047A1 (de) * 2012-06-27 2014-01-01 Valeo Vision Herstellungsverfahren einer Linse für optisches Modul eines Kraftfahrzeugs
DE102012018517A1 (de) * 2012-08-31 2013-03-21 Daimler Ag Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3091273A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-09 ZKW Group GmbH Optische struktur für signlight
JP2016213191A (ja) * 2015-05-04 2016-12-15 ツェットカーヴェー グループ ゲーエムベーハー サインライトのための光学構造体
US9879837B2 (en) 2015-05-04 2018-01-30 Zkw Group Gmbh Optical structure for signal light
WO2016176706A1 (de) * 2015-05-06 2016-11-10 Zkw Group Gmbh Scheinwerfer für kraftfahrzeuge
CN108633297A (zh) * 2015-05-06 2018-10-09 Zkw集团有限责任公司 用于机动车的探照灯
EP3292346B1 (de) * 2015-05-06 2025-02-12 ZKW Group GmbH Scheinwerfer für kraftfahrzeuge
EP3239593A1 (de) 2016-04-25 2017-11-01 ZKW Group GmbH Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung
EP3671304A1 (de) 2018-12-19 2020-06-24 Automotive Lighting Reutlingen GmbH Verfahren zur konstruktion eines optischen elements für einen kraftfahrzeugscheinwerfer
DE102018132866A1 (de) 2018-12-19 2020-06-25 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Verfahren zur Konstruktion eines optischen Elements für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
US11643352B2 (en) 2019-05-03 2023-05-09 Docter Optics Se Method for manufacturing an optical element out of glass
WO2021008647A1 (de) 2019-07-13 2021-01-21 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
WO2021104558A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
WO2021104583A1 (de) 2019-11-28 2021-06-03 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102019133656A1 (de) * 2019-12-10 2021-06-10 HELLA GmbH & Co. KGaA Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung
DE102020103096A1 (de) 2020-02-06 2021-08-12 Marelli Automotive Lighting Reutlingen (Germany) GmbH Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung
DE102020103096B4 (de) 2020-02-06 2026-03-26 Marelli Germany Gmbh Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung
DE102020115079A1 (de) 2020-06-05 2021-12-09 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
WO2021244707A1 (de) 2020-06-05 2021-12-09 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
WO2022083828A1 (de) 2020-10-20 2022-04-28 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102020127639A1 (de) 2020-10-20 2022-04-21 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
DE102021130715A1 (de) 2020-12-03 2022-06-09 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
DE102022102113A1 (de) 2021-02-01 2022-08-04 Docter Optics Se Verfahren zur herstellung eines optischen elementes aus glas
DE102021105560A1 (de) 2021-03-08 2022-09-08 Docter Optics Se Verfahren zur Herstellung eines optischen Elementes aus Glas
DE102022100705A1 (de) 2022-01-13 2023-07-13 Docter Optics Se Kraftfahrzeug
WO2023134814A1 (de) 2022-01-13 2023-07-20 Docter Optics Se Kraftfahrzeugscheinwerfer
DE102022109270A1 (de) 2022-04-14 2023-10-19 Marelli Automotive Lighting Reutlingen (Germany) GmbH Projektionslichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Overheadelemente aufweisenden Projektionslinse
WO2023198442A1 (de) * 2022-04-14 2023-10-19 HELLA GmbH & Co. KGaA Beleuchtungsvorrichtung für fahrzeuge sowie herstellungsverfahren
US12560300B2 (en) 2022-04-14 2026-02-24 HELLA GmbH & Co. KGaA Lighting device for vehicles and production method
DE102022124019A1 (de) * 2022-09-20 2024-03-21 HELLA GmbH & Co. KGaA Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug

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