DE4215584A1

DE4215584A1 - Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE4215584A1
Application number: DE4215584A
Authority: DE
Inventors: Johannes-Gerhard Dipl Bertling; Peter Schoettle; Doris Dipl Ing Boebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2012-05-13
Also published as: US5323302A; JPH0644813A; DE4215584C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist durch die DE 30 13 040 A1 bekannt. Diese Beleuchtungseinrichtung ist als ein Schein werfer ausgebildet und weist eine Lichtquelle, einen Reflektor und eine Lichtscheibe auf. Außerdem sind bei diesem Schein werfer, wie allgemein üblich, optisch wirksame Elemente vorge sehen, die im Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesandten und des vom Reflektor reflektierten Lichts angeordnet sind. Durch die optisch wirksamen Elemente wird das von der Licht quelle ausgesandte und das vom Reflektor reflektierte Licht so abgelenkt und/oder gestreut, daß dieses eine gewünschte Licht verteilung bildet. Die optisch wirksamen Elemente sind dabei als Prismen und/oder Linsen ausgebildet und an der Lichtscheibe angeordnet. Die optisch wirksamen Elemente weisen unter Umstän den eine erhebliche Dicke auf, wodurch das Gewicht der Licht scheibe erhöht wird. Die optisch wirksamen Elemente müssen außerdem genau an die Ausrichtung der Lichtscheibe, das heißt deren Neigung und/oder Schwenkung, angepaßt sein, so daß für unterschiedliche Scheinwerfer diese auch unterschiedlich ausge bildet sein müssen. Auch aufgrund von unterschiedlichen Formen der Lichtscheibe, beispielsweise rechteckigen oder runden Formen, sind zur Herstellung der Lichtscheiben unterschiedliche Formwerkzeuge, die jeweils die optisch wirksamen Elemente an der Lichtscheibe ausformen und daher sehr aufwendig sind, er forderlich. Für jeden Scheinwerfertyp ist somit eine gesonderte Lichtscheibe erforderlich, was einen großen Fertigungsaufwand bedeutet.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Beugungs gitter mit den beugungsoptischen Elementen unabhängig von der Lichtscheibe herstellbar ist und damit dasselbe Beugungsgitter für verschiedene Beleuchtungseinrichtungen verwendet werden kann. Darüber hinaus braucht das Teil mit dem Beugungsgitter nur eine geringe Dicke aufzuweisen, so daß dessen Gewicht und damit insgesamt das Gewicht der Beleuchtungseinrichtung redu ziert ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Durch geeig nete Anordnung der in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichneten beugungsoptischen Elemente kann eine vorgegebene Lichtvertei lung erzeugt werden. Bei der Ausbildung des Beugungsgitters an einer Folie, wie im Anspruch 5 gekennzeichnet, kann dieses flexibel in der Beleuchtungseinrichtung eingepaßt werden. Bei der Herstellung des Beugungsgitters ist es vorteilhaft zunächst ein Originalgitter zu fertigen, von dem sich, wie im Anspruch 8 gekennzeichnet, auf einfache Weise Kopien herstellen lassen.

Durch die im Anspruch 9 gekennzeichnete veränderliche Gitter periode des Beugungsgitters kann die Aufspaltung des durch das Beugungsgitter hindurchtretenden Lichts nach dessen Wellen längen vermindert werden, wobei sich nach dem Beugungsgitter das aufgespaltene Licht wieder so vermischt, daß keine unterschiedlichen Farben wahrgenommen werden können.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Beleuchtungseinrichtung in einem verti kalen Längsschnitt,

Fig. 2 einen in Fig. 1 mit II bezeich neten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 einen in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Dar stellung und

Fig. 4 die Beleuchtungseinrichtung von Fig. 1 in einem Schnitt entlang einer Linie IV-IV.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung dargestellt, die beispielsweise als Scheinwerfer oder Leuchte verwendet werden kann. Die Verwendung der Beleuchtungseinrichtung ist bei Kraft fahrzeugen als Abblendlicht-, Fernlicht- oder Nebelscheinwerfer und auch als Signalleuchte möglich. Die Beleuchtungseinrichtung weist eine Lichtquelle 10 auf, die eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe sein kann. Um das von der Lichtquelle 10 ausgesandte Licht wirksam zu nutzen, ist diese vorzugsweise in einen Reflektor 12 eingesetzt, durch den das von der Licht quelle 10 ausgesandte Licht über einen bestimmten Raumwinkel erfaßt und in Lichtaustrittsrichtung der Beleuchtungsein richtung reflektiert wird. Die Lichtaustrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung ist mit einer transparenten Licht scheibe 14 abgedeckt, die aus Glas oder aus Kunststoff bestehen kann. Die Lichtscheibe 14 kann eben oder gekrümmt ausgebildet sein und bezüglich einer Vertikalen 16 geneigt und/oder bezüg lich einer Horizontalen geschwenkt angeordnet sein.

Im Strahlengang des von der Lichtquelle 10 ausgesandten und des vom Reflektor 12 reflektierten Lichts ist ein Beugungsgitter 18 angeordnet. Das Beugungsgitter 18 weist beugungsoptische Ele mente auf, durch die das hindurchtretende Licht beeinflußt wird. Die beugungsoptischen Elemente können dabei als Mikro prismen und/oder Liniengitter ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist ein stark vergrößerter Ausschnitt aus dem Beugungsgitter 18 der Fig. 1 dargestellt. Im Bereich dieses Ausschnitts sind die beugungsoptischen Elemente als Mikro prismen 20 ausgebildet. Die Mikroprismen 20 können etwa vertikal übereinander, horizontal nebeneinander oder schräg angeordnet sein, je nach dem, in welche Richtung durch diese Licht abgelenkt werden soll. Die Gitterperiode d, das ist der Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Mikroprismen oder deren Breite, liegt im Bereich λ d 50 · λ, wobei λ die Wellenlänge des von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichts ist. Die Breite der Mikroprismen 20 ist gegenüber deren Erstreckung senkrecht zu deren Breite sehr klein. Die Höhe h der Mikroprismen 20 ist um etwa eine Größenordnung kleiner als die Gitterperiode d. Ein Beugungsgitter mit Mikroprismen wird auch als Echelettegitter oder Echellegitter bezeichnet. Durch ein Echelettegitter wird eine Ablenkung des Lichts um einen bestimmten Winkel α in einer Richtung bewirkt. Der Ablenkungs winkel α hängt von der Gitterperiode ab, während die Intensi tätsverteilung die durch das Beugungsgitter bewirkt wird von der Struktur, das ist die Form, der Mikroprismen abhängt. Der Ablenkungswinkel α kann nach folgender Gleichung bestimmt werden:

wobei mit m die Beugungsordnung bezeichnet ist.

Das gebeugte Licht wird beim Echelettegitter nahezu vollständig in eine Beugungsordnung m konzentriert, wenn die Ablenkung dürch Brechung an den Mikroprismen 20 mit der Ablenkung durch Beugung zusammenfällt. Die Bedingung, daß die Ablenkung durch Brechung mit der Ablenkung durch Beugung zusammenfällt, ergibt folgenden Zusammenhang:

wobei mit n der Brechungsindex des für das Beugungsgitter ver wendeten Materials und mit β der Prismenwinkel der Mikroprismen bezeichnet ist. Unter dieser Bedingung wird somit das durchtre tende Licht wie bei bekannten, makroskopischen Prismen insge samt in eine bestimmte Richtung abgelenkt. Für die Auslegung des Beugungsgitters wird von einer mittleren Wellenlänge λ₀ des von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichts ausgegangen, da die Lichtquelle nicht nur Licht einer Wellenlänge, sondern unter schiedlicher Wellenlängen aussendet. Die Gitterperiode d kann veränderlich sein, um so gezielt in verschiedenen Bereichen des Beugungsgitters 18 unterschiedliche Ablenkungswinkel α zu erzielen.

In Fig. 3 ist ebenfalls ein stark vergrößerter Ausschnitt des Beugungsgitters 18 von Fig. 1 dargestellt, jedoch aus einem anderen Bereich als in Fig. 2. Im Bereich dieses Ausschnitts sind die beugungsoptischen Elemente als Streuelemente 22 ausge bildet, durch die Licht in senkrecht zu diesen liegenden Ebenen gestreut wird. Die Streuelemente 22 bilden insgesamt ein Liniengitter und können die Form von Rippen aufweisen, die aus einer Grundfläche hervorstehen, wobei diese rechteckförmig oder gerundet ausgebildet sein können und der senkrechte Abstand zwischen zwei Rippen 22 die Gitterperiode d darstellt und die Erstreckung der Rippen 22 senkrecht zum Abstand d um ein Viel faches größer ist. Die Gitterperiode d liegt hier im Bereich λ d 100 · λ. Durch diese Streuelemente 22 wird ein diver gierendes Lichtbündel erzeugt. Die Lichtintensität wird dabei auf viele Beugungsordnungen aufgeteilt, so daß eine gleich mäßige Intensitätsverteilung in einem in einer Ebene liegenden Winkelbereich entsteht. Beim Einsatz der Beleuchtungseinrich tung als Scheinwerfer bei einem Kraftfahrzeug sind die Streu elemente 22 vorzugsweise so angeordnet, daß sich deren größere Erstreckung etwa vertikal erstreckt, so daß durch diese eine Streuung des Lichts in horizontalen Ebenen bewirkt wird. Die Gitterperiode d der Streuelemente 22 kann wie die der Mikro prismen 20 veränderlich sein, wodurch unterschiedliche Streu winkel realisiert werden können. Zusätzlich wird durch eine veränderliche Gitterperiode d eine Verschmelzung der Beugungs ordnungen erreicht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung der Beleuchtungs einrichtung ist das Beugungsgitter 18 zwischen der Lichtquelle 10 und der Lichtscheibe 14 als ebener Schirm 19 angeordnet. Bei einer gestrichelt in Fig. 1 eingezeichneten Variante ist das Beugungsgitter 18 als an der Lichtscheibe 14 angeordnete Folie 19′ ausgebildet, die aus Kunststoff bestehen kann. Die Lichtscheibe 14 dient jedoch nur zur Abdeckung der Lichtaustrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung und weist selbst keine optisch wirksamen Elemente auf.

Das Beugungsgitter 18 weist bei der Verwendung der Beleuch tungseinrichtung als Kraftfahrzeugscheinwerfer, wie in Fig. 4 dargestellt, verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen beu gungsoptischen Elementen auf. So weist das Beugungsgitter 18 zur Erzeugung einer asymmetrischen Lichtverteilung beispiels weise einen Zwickelbereich 24 auf, in dem Mikroprismen 20 angeordnet sind und andere Bereiche 26, in denen Streuelemente 22 angeordnet sind.

Bei der Herstellung des Beugungsgitters 18 wird zunächst mit hoher Genauigkeit ein Originalgitter angefertigt. Von diesem Originalgitter können dann Kopien durch Abformen hergestellt werden. Die Kopien können als flexible Folien oder als starre Körper ausgeführt werden.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle (10), mit einem Reflektor (12), durch den das von der Lichtquelle (10) ausgesandte Licht reflektiert wird, mit einer Lichtscheibe (14) und mit optisch wirksamen Elementen (20; 22) im Strahlengang des vom Reflektor (12) reflektierten Lichts zur Streuung und/oder Ablenkung des Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch wirksamen Elemente als beugungsoptische Elemente (20; 22) ausge führt sind und insgesamt ein Beugungsgitter (18) bilden, das an einem von der Lichtscheibe (14) getrennten Teil (19) ausgebil det ist.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest ein Teil der beugungsoptischen Elemente in Form von Mikroprismen (20) ausgebildet ist, durch die durch tretendes Licht in vorgegebenen Richtungen horizontal und/oder vertikal abgelenkt wird.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest ein Teil der beugungsoptischen Elemente in Form von Streuelementen (22) ausgebildet ist, durch die durchtretendes Licht in horizontaler und/oder vertikaler Richtung gestreut wird.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (18) im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (10) und der Lichtscheibe (14) angeordnet ist.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (18) an einer Folie (19′) ausgebildet ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Folie (19′) an der zur Lichtquelle (10) weisenden Seite der Lichtscheibe (14) angeordnet ist.

7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folie (19′) aus Kunststoff besteht.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (18) durch Abformen von einem Originalgitter hergestellt ist.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterperiode, das ist der senkrechte Abstand der beugungsoptischen Elemente (20; 22) zu einander, des Beugungsgitters (18) zumindest bereichsweise ver änderlich ist.