DE202014003078U1 - Optical element and illumination device with optical element - Google Patents

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Abstract

Optisches Element (1) mit mindestens einem optisch wirksamen Oberflächenabschnitt (11), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des mindestens einen optisch wirksamen Oberflächenabschnitts (11) mindestens eine Hinterschneidung (13) angeordnet ist.Optical element (1) having at least one optically effective surface portion (11), characterized in that in the region of the at least one optically active surface portion (11) at least one undercut (13) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Beleuchtungseinrichtung mit einem derartigen optischen Element.The invention relates to an optical element according to the preamble of claim 1 and a lighting device with such an optical element.

I. Stand der TechnikI. State of the art

Ein derartiges optisches Element ist beispielsweise in der WO 2006/021179 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt ein optisches Element mit mindestens einem optisch wirksamen Oberflächenabschnitt.Such an optical element is for example in the WO 2006/021179 A1 disclosed. This document describes an optical element having at least one optically effective surface portion.

II. Darstellung der ErfindungII. Presentation of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes optisches Element bereitzustellen, das für unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen verwendbar ist.It is an object of the invention to provide a generic optical element that can be used for different lighting functions.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by an optical element having the features of claim 1. Particularly advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße optische Element besitzt mindestens einen optisch wirksamen Oberflächenabschnitt, in dessen Bereich erfindungsgemäß mindestens eine Hinterschneidung angeordnet ist. Der Begriff „optisch wirksamer Oberflächenabschnitt” bezeichnet einen Oberflächenabschnitt, an dem Licht, das in das optische Element eingekoppelt wurde, reflektiert oder gebrochen oder gestreut wird.The optical element according to the invention has at least one optically active surface section, in the region of which at least one undercut is arranged according to the invention. The term "optically effective surface portion" refers to a surface portion at which light that has been coupled into the optical element is reflected or refracted or scattered.

Dadurch, dass im Bereich des mindestens einen optisch wirksamen Oberflächenabschnitts mindestens eine Hinterschneidung angeordnet ist, besitzt das erfindungsgemäße optische Element unterschiedlich orientierte Oberflächenabschnitte, die für verschiedene Beleuchtungsfunktionen oder zur Erzielung einer gewünschten Lichtverteilung genutzt werden können. Insbesondere können diese unterschiedlich orientierten Oberflächenabschnitte des erfindungsgemäßen optischen Elements als Lichtauskoppelflächen für Licht von einer oder mehreren Lichtquellen genutzt werden und die Krümmung dieser Oberflächen kann angepasst werden, um die gewünschte Beleuchtungsfunktion oder Lichtverteilung zu erzielen.Because at least one undercut is arranged in the region of the at least one optically active surface section, the optical element according to the invention has differently oriented surface sections which can be used for different illumination functions or for achieving a desired light distribution. In particular, these differently oriented surface portions of the optical element according to the invention can be used as Lichtauskoppelflächen for light from one or more light sources and the curvature of these surfaces can be adjusted to achieve the desired illumination function or light distribution.

Vorteilhafterweise besteht das erfindungsgemäße optische Element zumindest im Bereich des mindestens einen optisch wirksamen Oberflächenabschnitts aus Silikon. Dadurch kann das erfindungsgemäße Element trotz Hinterschneidung mittels Spritzgusstechnik gefertigt werden, da das Material Silikon ausreichend elastisch und flexibel ist, um das optische Element aus der Spritzgussform entnehmen zu können, ohne dabei die Spritzgussform zu zerstören oder das optische Element zu beschädigen.Advantageously, the optical element according to the invention consists of silicone at least in the region of the at least one optically effective surface section. As a result, the element according to the invention can be produced despite being undercut by means of injection molding technology, since the material silicone is sufficiently elastic and flexible to be able to remove the optical element from the injection mold without destroying the injection mold or damaging the optical element.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße optische Element als Kollimator ausgebildet. Dadurch kann es beispielsweise als Optik in Projektoren, insbesondere in Kraftfahrzeugscheinwerfern, eingesetzt werden, um die Divergenz von Licht, das von einer oder mehreren Lichtquellen emittiert wird, zu verringern.Preferably, the optical element according to the invention is designed as a collimator. As a result, it can be used, for example, as optics in projectors, in particular in motor vehicle headlights, in order to reduce the divergence of light emitted by one or more light sources.

Vorteilhafterweise ist der mindestens eine optisch wirksame Oberflächenabschnitt des erfindungsgemäßen optischen Elements total reflektierend ausgebildet, um das in die Optik eingekoppelte Licht möglichst vollständig in Richtung zu einer Lichtauskoppelfläche lenken zu können.Advantageously, the at least one optically active surface portion of the optical element according to the invention is designed to be totally reflecting in order to be able to direct the light coupled into the optics as completely as possible in the direction of a light outcoupling surface.

Der mindestens eine optisch wirksame Oberflächenabschnitt des erfindungsgemäßen optischen Elements ist vorzugsweise als Paraboloid ausgebildet. Dadurch kann auf einfache Weise die Divergenz von Licht, das von mindestens einer Lichtquelle emittiert und in das optische Element eingekoppelt wird, verringert werden, indem die mindestens eine Lichtquelle im Fokus bzw. virtuellen Focus oder zumindest nahe am Fokus bzw. virtuellen Focus des Paraboloids angeordnet wird.The at least one optically effective surface portion of the optical element according to the invention is preferably formed as a paraboloid. As a result, the divergence of light emitted by at least one light source and coupled into the optical element can be reduced in a simple manner by arranging the at least one light source in focus or at least close to the focus or virtual focus of the paraboloid becomes.

Alternativ ist der mindestens eine optisch wirksame Oberflächenabschnitt des erfindungsgemäßen optischen Elements vorzugsweise als Freiformfläche, insbesondere als multifacettierte Freiformfläche, ausgebildet. Dadurch kann auf einfache Weise die Divergenz von Licht, das von mindestens einer Lichtquelle emittiert und in das optische Element eingekoppelt wird, verringert werden und gleichzeitig je nach Anforderung der Applikation in einem gewissen Rahmen gesteuert werden.Alternatively, the at least one optically active surface section of the optical element according to the invention is preferably designed as a free-form surface, in particular as a multifaceted free-form surface. As a result, the divergence of light emitted by at least one light source and coupled into the optical element can be reduced in a simple manner and at the same time be controlled to a certain extent as required by the application.

Vorteilhafterweise besitzt das optische Element im Bereich des total reflektierend ausgebildeten Oberflächenabschnitts eine Aussparung, die zur Aufnahme mindestens einer Lichtquelle dient. Dadurch kann das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte Licht mit möglichst geringem Verlust in das optische Element eingekoppelt werden.Advantageously, the optical element has a recess in the region of the totally reflecting surface section which serves to receive at least one light source. As a result, the light emitted by the at least one light source can be coupled into the optical element with the least possible loss.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße optische Element in der vorgenannten Aussparung einen konvex, das heißt nach außen, gewölbten Oberflächenabschnitt auf. Dieser konvex gewölbte Oberflächenabschnitt kann vorteilhaft zur Einkopplung von Licht, das von der bzw. den in der Aussparung angeordneten Lichtquellen emittiert wird, genutzt werden. Die konvexe Wölbung dieses Oberflächenabschnitts reduziert bereits die Divergenz des in das optische Element eingekoppelten Lichtbündels.Preferably, the optical element according to the invention in the aforementioned recess on a convex, that is, outwardly, curved surface portion. This convexly curved surface section can advantageously be used for coupling in light emitted by the light source (s) arranged in the recess. The convex curvature of this surface section already reduces the divergence of the light beam coupled into the optical element.

Das erfindungsgemäße optische Element ist vorzugsweise als Bestandteil einer Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, die mindestens eine Lichtquelle umfasst. Die mindestens eine Lichtquelle der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist aus den oben genannten Gründen vorteilhafterweise in der Aussparung im Scheitelbereich des als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitts der Optik angeordnet. Außerdem ist die mindestens eine Lichtquelle aus den oben genannten Gründen vorzugsweise derart orientiert, dass von ihr emittiertes Licht teilweise über den in der Aussparung angeordneten, konvex gewölbten Oberflächenabschnitt in das optische Element eingekoppelt wird. The optical element according to the invention is preferably formed as part of a lighting device comprising at least one light source. For the reasons mentioned above, the at least one light source of the illumination device according to the invention is advantageously arranged in the recess in the apex region of the surface section of the optic formed as a paraboloid. In addition, the at least one light source is preferably oriented for the reasons mentioned above such that light emitted by it is partially coupled into the optical element via the convexly curved surface section arranged in the recess.

Als Lichtquelle dienen vorzugsweise eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden oder Laserdioden, die während des Betriebs weißes oder farbiges Licht emittieren. Halbleiterlichtquellen haben den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer kleinen Abmessungen als Punktlichtquellen in Scheinwerferanwendungen besonders gut geeignet sind. Laserdioden ermöglichen zusätzlich Licht mit einer hohen Leuchtdichte.One or more semiconductor light sources, in particular light-emitting diodes or laser diodes, which emit white or colored light during operation, preferably serve as the light source. Semiconductor light sources have the advantage that they are particularly well suited as spotlight sources in headlight applications due to their small dimensions. Laser diodes additionally allow light with a high luminance.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise als Bestandteil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ausgebildet.The lighting device according to the invention is preferably designed as part of a motor vehicle headlight.

III. Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleIII. Description of the preferred embodiments

Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to preferred exemplary embodiments. Show it:

1 ein optisches Element gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 1 an optical element according to the first embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

2 ein optisches Element gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 2 an optical element according to the second embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

3 ein optisches Element gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 3 an optical element according to the third embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

4 ein optisches Element gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 4 an optical element according to the fourth embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

5 ein optisches Element gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 5 an optical element according to the fifth embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

6 ein optisches Element gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 6 an optical element according to the sixth embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

7 ein optisches Element gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 7 an optical element according to the seventh embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

8 ein optisches Element gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 8th an optical element according to the eighth embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

9 ein optisches Element gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer, geschnittener Darstellung 9 an optical element according to the ninth embodiment of the invention in a schematic, sectional representation

In 1 ist schematisch ein Längsschnitt durch eine optisches Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit einer Lichtquelle 2 im Längsschnitt dargestellt. Das optische Element 1 und die Lichtquelle 2 sind als Bestandteile eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ausgebildet und sind in einem gemeinsamen Halter (nicht abgebildet) fixiert. Die Lichtquelle 2 emittiert vorzugsweise weißes Licht. Alternativ kann sie aber auch farbiges Licht, insbesondere rotes Licht oder orangefarbenes Licht emittieren. Die Lichtquelle 2 ist vorzugsweise als Leuchtdiode oder Laserdiode ausgebildet.In 1 is schematically a longitudinal section through an optical element 1 according to the first embodiment of the invention together with a light source 2 shown in longitudinal section. The optical element 1 and the light source 2 are formed as components of a motor vehicle headlight and are fixed in a common holder (not shown). The light source 2 preferably emits white light. Alternatively, it can also emit colored light, in particular red light or orange light. The light source 2 is preferably designed as a light-emitting diode or laser diode.

Das optische Element 1 besteht aus transparentem Silikon und ist mittels Spritzgussverfahren gefertigt. Es ist als TIR-Optik und Kollimator ausgebildet, wobei die Abkürzung „TIR” für „total internal reflection” steht. Das optische Element 1 besitzt einen als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitt 11, der rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse A-A ist und an der Außenseite des optischen Elements 1 angeordnet ist sowie die äußere Kontur des optischen Elements 1 formt. Im Scheitelbereich des als Paraboloid ausgebildeten ersten Oberflächenabschnitts 11 ist eine Aussparung 10 im optischen Element 1 angeordnet, die zur Aufnahme der Lichtquelle 2 dient. Die Aussparung 10 ist rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A-A angeordnet und ausgebildet. Sie wird durch eine kreiszylindrische Seitenwand 100 und einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 101, der innerhalb der Aussparung 10 angeordnet ist und den Boden der Aussparung 10 bildet, begrenzt. Der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 101 ist rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A-A ausgebildet.The optical element 1 consists of transparent silicone and is manufactured by means of injection molding. It is designed as a TIR optics and collimator, where the abbreviation "TIR" stands for "total internal reflection". The optical element 1 has a surface section designed as a paraboloid 11 which is rotationally symmetric about a rotation axis AA and on the outside of the optical element 1 is arranged as well as the outer contour of the optical element 1 shaped. In the apex region of the first surface section designed as a paraboloid 11 is a recess 10 in the optical element 1 arranged to receive the light source 2 serves. The recess 10 is arranged and formed rotationally symmetrical to the axis of rotation AA. It is through a circular cylindrical side wall 100 and a convex curved surface portion 101 that is inside the recess 10 is arranged and the bottom of the recess 10 forms, limited. The convex curved surface section 101 is rotationally symmetrical to the axis of rotation AA formed.

Das optische Element 1 besitzt ferner einen planen Oberflächenabschnitt 12, der senkrecht zur Rotationsachse A-A orientiert ist und an der Öffnung des Paraboloids angeordnet ist, der durch den als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitt 11 definiert wird. Der plane Oberflächenabschnitt 12 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse A-A ausgebildet.The optical element 1 also has a flat surface section 12 which is oriented perpendicular to the axis of rotation AA and is arranged at the opening of the paraboloid, which is formed by the paraboloid surface portion 11 is defined. The plane surface section 12 is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation AA formed.

Im Bereich des als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitts 11 weist das optische Element 1 eine Hinterschneidung 13 auf, welche außerhalb der Rotationsachse A-A angeordnet ist. Die Rotationssymmetrie des als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitts 11 ist im Bereich der Hinterschneidung 13 zerstört. Die Hinterschneidung 13 wird durch zwei plane Oberflächenabschnitte 131, 132 begrenzt, die in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind.In the area of the parabolic surface section 11 has the optical element 1 an undercut 13 on which is arranged outside the axis of rotation AA. The rotational symmetry of the parabolic surface section 11 is in the area of the undercut 13 destroyed. The undercut 13 is made by two flat surface sections 131 . 132 limited, which are arranged at an acute angle to each other.

Der als Paraboloid ausgebildete Oberflächenabschnitt 11 des optischen Elements 1 ist total reflektierend ausgebildet, so dass Licht an diesem Oberflächenabschnitt 11 nicht aus dem optischen Element 1 austreten kann. Die planen Oberflächenabschnitte 12 und 131 dienen als Lichtauskoppelflächen und die zylindrische Seitenwand 100 sowie der konvex gewölbte Oberflächenabschnitt 101, welche die Aussparung 10 begrenzen, dienen als Lichteinkoppelflächen des optischen Elements 1.The trained as a paraboloid surface section 11 of the optical element 1 is designed to be totally reflective, allowing light at this surface portion 11 not from the optical element 1 can escape. The plane surface sections 12 and 131 serve as Lichtauskoppelflächen and the cylindrical side wall 100 as well as the convex curved surface section 101 which the recess 10 limit serve as light input surfaces of the optical element 1 ,

Die als Halbleiterlichtquelle ausgebildete Lichtquelle 2 ist in der Aussparung 10 des optischen Elements 1 angeordnet, so dass ihre lichtemittierende Oberfläche dem in der Aussparung angeordneten, konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 101 zugewandt ist. Das von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierte Lichtbündel wird dadurch über die zylindrische Seitenwand 100 und den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 101 in das optische Element 1 eingekoppelt. Ein erster Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels wird über den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 101 in das optische Element 1 eingekoppelt und durch die konvexe Wölbung des Oberflächenabschnitts 101 weitgehend parallelisiert, das heißt, so weit wie es innerhalb der physikalischen Rahmenbedingungen möglich ist, so dass es das optische Element 1 an dem planen Oberflächenabschnitt 12 näherungsweise senkrecht zum Oberflächenabschnitt 12 mit geringer Divergenz verlässt. Ein zweiter Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels wird über die zylindrische Seitenwand 100 in das optische Element 1 eingekoppelt und beim Auftreffen auf den als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitt 11 total reflektiert und in Richtung des planen Oberflächenabschnitts 12 gelenkt. Durch die Totalreflexion an dem paraboloidförmigen Oberflächenabschnitt 11 wird der zweite Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels weitgehend parallelisiert und verlässt das optische Element 1 an dem planen Oberflächenabschnitt 12 mit geringer Divergenz näherungsweise senkrecht zum planen Oberflächenabschnitt 12. Ein dritter Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels wird über die zylindrische Seitenwand 100 in das optische Element 1 eingekoppelt und in Richtung der Hinterschneidung 13 gelenkt und verlässt das optische Element 1 an dem planen ersten Oberflächenabschnitt 131 der Hinterschneidung 13. Die vorgenannten ersten und zweiten Teile des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels sind in 1 schematisch mittels durchgezogenen Linien und der dritte Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels ist mittels gestrichelten Linien schematisch dargestellt.The trained as a semiconductor light source light source 2 is in the recess 10 of the optical element 1 arranged so that its light-emitting surface arranged in the recess, convexly curved surface portion 101 is facing. That of the semiconductor light source 2 emitted light beam is thereby on the cylindrical side wall 100 and the convex curved surface portion 101 in the optical element 1 coupled. A first part of the semiconductor light source 2 emitted light beam is over the convex curved surface section 101 in the optical element 1 coupled and by the convex curvature of the surface section 101 largely parallelized, that is, as far as it is possible within the physical framework, making it the optical element 1 at the plane surface section 12 approximately perpendicular to the surface portion 12 leaves with low divergence. A second part of the semiconductor light source 2 emitted light beam is transmitted through the cylindrical side wall 100 in the optical element 1 coupled and when hitting the trained as a paraboloid surface section 11 totally reflected and towards the plane surface section 12 directed. Due to the total reflection at the paraboloidal surface section 11 becomes the second part of the semiconductor light source 2 emitted light beam largely parallelized and leaves the optical element 1 at the plane surface section 12 with low divergence approximately perpendicular to the plane surface section 12 , A third part of the from the semiconductor light source 2 emitted light beam is transmitted through the cylindrical side wall 100 in the optical element 1 coupled and in the direction of the undercut 13 steered and leaves the optical element 1 at the plan first surface section 131 the undercut 13 , The aforementioned first and second parts of the semiconductor light source 2 emitted light beams are in 1 schematically by solid lines and the third part of the semiconductor light source 2 emitted light beam is shown schematically by dashed lines.

Der aus dem planen Oberflächenabschnitt 12 austretende erste und zweite Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels kann für eine erste Beleuchtungsfunktion, beispielsweise für Abblendlicht, Fernlicht oder Nebellicht genutzt werden und der aus dem planen Oberflächenabschnitt 131 der Hinterschneidung 13 austretende dritte Teil des von der Halbleiterlichtquelle 2 emittierten Lichtbündels kann für eine zweite Beleuchtungsfunktion, beispielsweise für Tagfahrlicht, Positionslicht statisches Kurvenlicht oder Blinklicht verwendet werden, wobei im Fall des statischen Kurvenlichts und Blinklichts zusätzlich eine bewegliche Blende (nicht abgebildet) und gegebenenfalls ein Farbfilter (nicht abgebildet) im Strahlengang des aus dem planen Oberflächenabschnitt 131 der Hinterschneidung 13 austretenden Lichts vorgesehen sind.The one from the plane surface section 12 exiting first and second part of the semiconductor light source 2 emitted light beam can be used for a first illumination function, for example, for low beam, high beam or fog light and from the plane surface portion 131 the undercut 13 emerging third part of the semiconductor light source 2 emitted light beam can be used for a second illumination function, such as daytime running lights, position light static cornering light or flashing light, in the case of static cornering light and flashing light additionally a movable diaphragm (not shown) and optionally a color filter (not shown) in the beam path of the plan surface section 131 the undercut 13 Exiting light are provided.

In 2 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein optisches Element 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das optische Element 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem optischen Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch die unterschiedliche Form der Hinterschneidung 13 bzw. 13A. Daher werden in den 1 und 2 für identische Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die Beschreibung des entsprechenden Elements des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Das optische Element 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Hinterschneidung 13A auf, die anstelle des planen Oberflächenabschnitts 131 einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 131A besitzt, der als Lichtaustrittsfläche dient. In allen anderen Details stimmen die optischen Elemente 1 und 1A gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung überein. Durch die gewölbte Form des Oberflächenabschnitts 131A der Hinterschneidung 13A kann die Emissionsrichtung des aus dem Oberflächenabschnitt 131A austretenden Lichts und der Grad der Divergenz des austretenden Lichtbündels an die gewünschte Beleuchtungsfunktion angepasst werden.In 2 is a schematic longitudinal section through an optical element 1A illustrated according to the second embodiment of the invention. The optical element 1A according to the second embodiment of the invention differs from the optical element 1 according to the first embodiment of the invention only by the different shape of the undercut 13 respectively. 13A , Therefore, in the 1 and 2 for identical elements, the same reference numerals are used and for their description, reference is made to the description of the corresponding element of the first embodiment. The optical element 1A according to the second embodiment of the invention has an undercut 13A on, instead of the plan surface section 131 a convex curved surface section 131A own, which serves as a light exit surface. In all other details, the optical elements are right 1 and 1A according to the first and second embodiments of the invention. Through the arched shape of the surface section 131A the undercut 13A can be the emission direction of the surface section 131A emanating light and the degree of divergence of the outgoing light beam to the desired illumination function.

In 3 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein optisches Element 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das optische Element 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem optischen Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch die unterschiedliche Form der Hinterschneidung 13 bzw. 13B und durch eine zweite Lichtquelle 2B, die in der Aussparung 10 angeordnet ist. Daher werden in den 1 und 3 für identische Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die Beschreibung des entsprechenden Elements des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Das optische Element 1B gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Hinterschneidung 13B auf, die anstelle des planen Oberflächenabschnitts 131 einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 131B besitzt, der als Lichtaustrittsfläche dient. Außerdem sind die beiden Halbleiterlichtquellen 2 und 2B mit Hilfe von optischen Blenden oder Absorptionsmitteln derart ausgebildet, dass keine Überlappung der von den beiden Halbleiterlichtquellen 2, 2B emittierten Lichtbündel stattfindet und dass nur von der zweiten Halbleiterlichtquelle 2B emittiertes Licht in Richtung der Hinterschneidung 13B gelenkt wird und das optische Element 1B über den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 131B der Hinterschneidung verlassen kann. In allen anderen Details stimmen das erste und dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung überein. Je nach Applikation und Lichtfunktion ist es aber auch möglich, das eine Überlappung der beiden Lichtbündel optisch verträglich oder sogar gewünscht ist und damit das oben erwähnte Blenden und Absorptionsmittelsystem nicht oder nur teilweise notwendig ist.In 3 is a schematic longitudinal section through an optical element 1B illustrated according to the third embodiment of the invention. The optical element 1B according to the third embodiment of the invention differs from the optical element 1 according to the first embodiment of the invention only by the different shape of the undercut 13 respectively. 13B and by a second light source 2 B in the recess 10 is arranged. Therefore, in the 1 and 3 for identical elements, the same reference numerals are used and for their description, reference is made to the description of the corresponding element of the first embodiment. The optical element 1B according to the third embodiment of the invention has an undercut 13B on, instead of the plan surface section 131 a convex curved surface section 131B own, which serves as a light exit surface. In addition, the two semiconductor light sources 2 and 2 B formed with the help of optical aperture or absorption means such that no overlap of the two semiconductor light sources 2 . 2 B emitted light beam takes place and that only from the second semiconductor light source 2 B emitted light in the direction of the undercut 13B is steered and the optical element 1B over the convex curved surface section 131B can leave the undercut. In all other details, the first and third embodiments of the invention are the same. Depending on the application and light function, it is also possible that an overlap of the two light bundles is optically compatible or even desired and thus the above-mentioned aperture and absorbent system is not or only partially necessary.

In 4 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein optisches Element 1B und zwei Lichtquellen 2, 2A gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das in 4 dargestellte optische Element 1B ist identisch zu dem in 3 gezeigten optischen Element 1B ausgebildet. Das in 4 abgebildete Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3 abgebildeten dritten Ausführungsbeispiel nur durch die unterschiedliche Orientierung der zweiten Lichtquelle 2A. Daher werden in den 3 und 4 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die lichtemittierende Oberfläche der zweiten Lichtquelle 2A der zylindrischen Seitenwand 100 zugewandt und nicht dem gewölbten Oberflächenabschnitt 101 wie beim dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.In 4 is a schematic longitudinal section through an optical element 1B and two light sources 2 . 2A illustrated according to the fourth embodiment of the invention. This in 4 illustrated optical element 1B is identical to the one in 3 shown optical element 1B educated. This in 4 Illustrated embodiment differs from the in 3 illustrated third embodiment only by the different orientation of the second light source 2A , Therefore, in the 3 and 4 for identical components the same reference numerals. According to the fourth embodiment of the invention, the light-emitting surface of the second light source 2A the cylindrical side wall 100 facing and not the curved surface section 101 as in the third embodiment of the invention.

In 5 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein optisches Element 1C gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das optische Element 1C gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem optischen Element 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nur durch die unterschiedliche Form der Hinterschneidung 13 bzw. 13C und durch zwei zusätzliche Lichtquelle 2B, 2C, die in der Aussparung 10 angeordnet sind. Daher werden in den 1 und 5 für identische Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet und für deren Beschreibung wird auf die Beschreibung des entsprechenden Elements des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Das optische Element 1C gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Hinterschneidung 13C auf, die rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse A-A ausgebildet ist und die anstelle des planen Oberflächenabschnitts 131 einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 131C besitzt, der als Lichtaustrittsfläche dient. Die drei Lichtquellen 2, 2B, 2C sind entlang eines Durchmessers der durch die kreiszylindrische Seitenwand 100 und durch den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 101 begrenzten Aussparung 10 angeordnet. Das von den Lichtquellen 2, 2B, 2C emittierte Licht wird jeweils über die kreiszylindrische Seitenwand 100 und über den konvex gewölbten Oberflächenabschnitt 101 in das optische Element 1C eingekoppelt. Die von den drei Lichtquellen 2, 2B, 2C emittierten Lichtbündel überlappen und verstärken sich daher teilweise. Es kann aber auch, wie beim dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, zusätzlich eine System aus Blenden und Absorptionsmitteln vorgesehen sein, um ein Überlappen der Lichtbündel zu verhindern oder zu verringern.In 5 is a schematic longitudinal section through an optical element 1C illustrated according to the fifth embodiment of the invention. The optical element 1C according to the fifth embodiment of the invention differs from the optical element 1 according to the first embodiment of the invention only by the different shape of the undercut 13 respectively. 13C and by two additional light source 2 B . 2C in the recess 10 are arranged. Therefore, in the 1 and 5 for identical elements, the same reference numerals are used and for their description, reference is made to the description of the corresponding element of the first embodiment. The optical element 1C according to the fifth embodiment of the invention has an undercut 13C which is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation AA and which instead of the plane surface portion 131 a convex curved surface section 131C own, which serves as a light exit surface. The three light sources 2 . 2 B . 2C are along a diameter of the through the circular cylindrical side wall 100 and by the convex curved surface portion 101 limited recess 10 arranged. That from the light sources 2 . 2 B . 2C emitted light is in each case via the circular cylindrical side wall 100 and over the convex curved surface section 101 in the optical element 1C coupled. The of the three light sources 2 . 2 B . 2C therefore emitted light beams overlap and partially amplify. But it may also, as in the third embodiment of the invention, additionally be provided a system of apertures and absorbents to prevent or reduce overlapping of the light beam.

In 6 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein optisches Element 1 und drei Halbleiterlichtquellen 2, 2D, 2E gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das in 6 dargestellte optische Element 1 ist identisch zu dem in 1 gezeigten optischen Element 1 ausgebildet. Das in 6 abgebildete sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem in 1 abgebildeten ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass an dem zweiten, planen Oberflächenabschnitt 132 der Hinterschneidung 13 zwei zusätzliche Lichtquellen 2D, 2E angeordnet sind, die von ihnen emittiertes Licht über den planen Oberflächenabschnitt 132 der Hinterschneidung 13 in das optische Element 1 einkoppeln. Daher werden in den 1 und 6 für identische Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.In 6 is a schematic longitudinal section through an optical element 1 and three semiconductor light sources 2 . 2D . 2E illustrated according to the sixth embodiment of the invention. This in 6 illustrated optical element 1 is identical to the one in 1 shown optical element 1 educated. This in 6 Illustrated sixth embodiment of the invention differs from that in 1 pictured first embodiment only in that on the second, planar surface portion 132 the undercut 13 two additional light sources 2D . 2E are arranged, the light emitted by them over the plane surface portion 132 the undercut 13 in the optical element 1 inject. Therefore, in the 1 and 6 for identical components the same reference numerals.

In den 7 bis 9 sind Längsschnitte durch drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Diese Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den bereits oben erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung nur durch eine zusätzliche Aussparung 120, die in dem planen Oberflächenabschnitt 12 des optischen Elements 1D, 1E, 1F rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A-A angeordnet ist, und durch die unterschiedliche Form der Hinterschneidung 13D, 13E, 13F im als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitt 11. Die zusätzliche Aussparung 120 kann zur Formung einer gewünschten Lichtverteilung genutzt werden und sie kann ebenfalls als Hinterschneidung ausgebildet sein.In the 7 to 9 are longitudinal sections through three further embodiments of the invention shown schematically. These embodiments differ from the already explained above embodiments of the invention only by an additional recess 120 that are in the plan surface section 12 of the optical element 1D . 1E . 1F is arranged rotationally symmetrical to the axis of rotation AA, and by the different shape of the undercut 13D . 13E . 13F in the form of a paraboloid surface section 11 , The additional recess 120 can be used to form a desired light distribution and it can also be designed as an undercut.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise kann das optische Element 1 im Bereich des als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitts 11 mit einer lichtreflektierenden Beschichtung versehen sein. Außerdem können die optisch wirksamen Oberflächen des optischen Elements auch eine andere Form aufweisen, um die gewünschte Beleuchtungsfunktion oder Lichtverteilung zu erreichen. Insbesondere muss die Achse des dem Oberflächenabschnitt 11 zugrundeliegenden Paraboloids nicht identisch zur Symmetrieachse A-A des Systems sein. Desweiteren muss die Seitenwand 100 nicht notwendigerweise zylindrisch ausgeformt sein, sondern kann auch konkav oder konvex als Freiform ausgelegt sein, um das Licht zusammen mit dem total reflektierend ausgebildeten Oberflächenabschnitt ideal zu steuern. Außerdem kann der Oberflächenabschnitt 101 auch nicht rotationssymmetrisch zur optischen Achse A-A ausgebildet sein. Ferner kann der Oberflächenabschnitt 11 auch als Freiform, insbesondere als multifacettierte Freiform, ausgelegt sein, die je nach Applikation und gewünschter Lichtfunktion angepasst wird. Weiterhin kann der Oberflächenabschnitt 101 auch derart ausgebildet sein, dass das aus der Lichtauskoppelfläche 12 austretende Lichtbündel einen bestimmten Grad an Divergenz aufweist. Die Lichtauskoppelfläche 12 muss nicht unbedingt planar ausgelegt werden. Insbesondere kann die Lichtauskoppelfläche 12 als Freiform oder multifacettierte Freiform ausgebildet sein. Außerdem können auch die Flächen der Hinterschneidung 13, 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F eine beliebige Krümmung aufweisen bzw. als Freiform, insbesondere als multifacettierte Freiform, ausgeführt sein. Desweiteren können sowohl die Seitenwand 100 also auch die optisch wirksame Fläche, die den Oberflächenabschnitt 11 beinhaltet, von der Rotationssymmetrie abweichen, beispielsweise bei Verwendung mehrerer Lichtquellen, die nicht mehr als Punktlichtquelle angenähert werden können.The invention is not limited to the embodiments explained in more detail above. For example, the optical element 1 in the area of the paraboloid surface portion 11 be provided with a light-reflecting coating. In addition, the optically effective surfaces of the optical element can also have a different shape in order to achieve the desired illumination function or light distribution. In particular, the axis of the surface section 11 underlying paraboloid may not be identical to the symmetry axis AA of the system. Furthermore, the sidewall needs 100 not necessarily be cylindrically shaped, but may also be concave or convex designed as a free form, to control the light ideally together with the totally reflective surface portion. In addition, the surface section 101 be formed not rotationally symmetrical to the optical axis AA. Furthermore, the surface portion 11 also be designed as a freeform, especially as a multifaceted freeform, which is adapted depending on the application and the desired lighting function. Furthermore, the surface portion 101 Also be designed such that the out of the light output surface 12 emerging light beam has a certain degree of divergence. The light output surface 12 does not necessarily have to be designed planar. In particular, the light output surface 12 be designed as a freeform or multifaceted freeform. In addition, the surfaces of the undercut can also 13 . 13A . 13B . 13C . 13D . 13E . 13F have any curvature or be designed as a free form, in particular as a multifacetted freeform. Furthermore, both the side wall 100 So also the optically effective surface, the surface section 11 includes, deviate from the rotational symmetry, for example, when using multiple light sources that can not be approximated as a point light source.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2006/021179 A1 [0002] WO 2006/021179 A1 [0002]

Claims (10)

Optisches Element (1) mit mindestens einem optisch wirksamen Oberflächenabschnitt (11), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des mindestens einen optisch wirksamen Oberflächenabschnitts (11) mindestens eine Hinterschneidung (13) angeordnet ist.Optical element ( 1 ) having at least one optically active surface portion ( 11 ), characterized in that in the region of the at least one optically active surface portion ( 11 ) at least one undercut ( 13 ) is arranged. Optisches Element nach Anspruch 1, wobei das optische Element (1) zumindest im Bereich des mindestens einen optisch wirksamen Oberflächenabschnitts (11) aus Silikon besteht.Optical element according to claim 1, wherein the optical element ( 1 ) at least in the region of the at least one optically active surface portion ( 11 ) consists of silicone. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element (1) als Kollimator ausgebildet ist.An optical element according to claim 1 or 2, wherein the optical element ( 1 ) is designed as a collimator. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine optisch wirksame Oberflächenabschnitt (11) total reflektierend ausgebildet ist.Optical element according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one optically active surface portion ( 11 ) is designed to be totally reflective. Optisches Element nach Anspruch 4, wobei das optische Element (1) im Bereich des total reflektierend ausgebildeten Oberflächenabschnitts (11) eine Aussparung (10) besitzt.Optical element according to claim 4, wherein the optical element ( 1 ) in the region of the totally reflecting surface section ( 11 ) a recess ( 10 ) owns. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine optisch wirksame Oberflächenabschnitt (11) als Paraboloid oder als Freiformfläche ausgebildet ist.Optical element according to one of claims 1 to 5, wherein the at least one optically active surface portion ( 11 ) is designed as a paraboloid or as a free-form surface. Optisches Element nach Anspruch 6, wobei die Aussparung (10) im Scheitelbereich des als Paraboloid ausgebildeten Oberflächenabschnitts (11) angeordnet ist.An optical element according to claim 6, wherein the recess ( 10 ) in the apex region of the parabolic surface portion ( 11 ) is arranged. Optisches Element nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das optische Element (1) in der Aussparung (10) einen konvex gewölbten Oberflächenabschnitt (101) besitzt.Optical element according to one of claims 5 to 7, wherein the optical element ( 1 ) in the recess ( 10 ) a convexly curved surface portion ( 101 ) owns. Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einem optischen Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mindestens einer Lichtquelle (2).Lighting device with at least one optical element ( 1 ) according to one of claims 1 to 8 and at least one light source ( 2 ). Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Lichtquelle (2) im Bereich der Aussparung (10) angeordnet ist.Lighting device according to claim 9, wherein the at least one light source ( 2 ) in the region of the recess ( 10 ) is arranged.
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