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Diffraktive Optiken zur chromatischen und thermischen Linsenkorrektur sowie zur Lichtformung = Diffractive optics in headlamp systems - Lens correction and generation of light distributions

Schöne, M.; Sandfuchs, O.; Neumann, Cornelius

Abstract: Einführung Diffraktive Optiken nutzen die Welleneigenschaften von Strahlung und ermöglichen daher eine Vielzahl an Funktionalitäten, die mittels refraktiver Optiken kaum bis gar nicht realisierbar sind. In diesem Zusammenhang werden im Folgenden die Möglichkeiten zur chromatischen und thermischen Korrektur bestehender refraktiver Systeme sowie die Möglichkeiten zur Erzeugung von Lichtverteilungen ohne Blenden untersucht. Dabei verbessern die Korrekturen bestehende optische Systemlösungen, während die Formung von Lichtverteilungen die Substitution von Blenden und Reflektoren sowie Effizienzen >90% ermöglicht. Herausforderungen Die Herausforderungen liegen dabei insbesondere im Design der optischen Elemente und unterscheiden sich für die Betrachtungen der Korrektur und der Lichtformung. Der primäre auslegungstechnische Aspekt bei der Formung von Lichtverteilungen mittels diffraktiver Elemente bedeutet, für polychromatische Weißlichtquellen eine farbsaumfreie Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen. Durch die starke chromatische Abhängigkeit und die Ablenkung in unterschiedliche Beugungsordnungen erfordert dies eine innovative Auslegung der Elemente. Zudem muss die Gesamteffizienz über der aktueller Systeme liegen Dem gegenüber muss zur chromatischen und thermischen Linsenkorrektur ein neuer Designansatz entwickelt werden, da beide Korrekturen für sich den jeweils anderen Effekt verstärken. Untersuchungen zu Linsenkorrektur und Lichtformung In diesem Rahmen wurden neuartige und innovative Designansätze entwickelt, die die genannten Funktionen erzielen. Zur Lichtformung werden Gitterzellenarrays untersucht, die nach einem sequentiellen Verfahren ausgelegt wurden und eine Scheinwerferverteilung erzeugen. Die Untersuchungen richten sich daran, eine chromatisch korrigierte Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen sowie eine homogene, scheinwerferähnliche Ausleuchtung hoher Effizienz zu generieren. Parallel dazu werden Untersuchungen zur chromatischen und thermischen Linsenkorrektur vorgestellt. Dabei wird untersucht, inwieweit eine chromatische und thermische Korrektur von refraktiven Linsen möglich ist. Hierzu werden zunächst Ergebnisse einer chromatischen Korrektur vorgestellt, die die Grundlage der Untersuchungen bilden. Darauf aufbauend werden erwartete Einflüsse des Herstellungsprozesses untersucht und bewertet. Abschließend werden daraus Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeiten definiert.

Abstract (englisch): Introduction Diffractive Optics are using the waves characteristics of light and allow a lot of possibilities that cannot be realized by using refractive optics solely. In case of headlamps, these are the chromatic and thermal correction of refractive lenses and the generation of light distributions. This leads to the enhancement of the appearance of the light distribution and to a higher efficiency of the system. The substitution of reflectors and apertures allows efficiencies of the light generating surface > 90%. Challenges The challenges are the Design of the elements that has to consider the function of the structures and the manufacturing precision. The diffraction effects allow the correction of refractive lenses or the generation of light distributions but are also generating stray light because of the diffraction orders. The design order is the first diffraction order, therefore all the others are stray light and has to be reduced. Because of the broadband light sources, the main target of diffractive structures is the generation of light distributions without any colour fringes at the cut-off line. Additionally, the thermal behaviour of a hybrid lens needs to be corrected to minimize the influence of the thermal behaviour to the light distribution. Studies to the Correction of Lenses and the Generation of Light Distributions In this context, innovative design concepts have been developed to realize the chromatic and thermal lens correction and the generation of high efficient light distributions. The generation of light distributions is realized by using grating cell arrays. The cells are assigned to the cells of the light distribution sequentially. Studies have to examine the quality of the resulted distributions. In this context, cut-off lines without colour fringes as well as the efficiency of the element are considered. Furthermore the correction of chromatic and thermal behaviour of refraktive lenses is presented. First of all, the correction for ideal optical elements is calculated and represents the upper bound of the correction level. In a second step the influence of typical fabrication based errors of the height profile of diffractive lenses to the light distribution is shown by results of the optical simulation.


Zugehörige Institution(en) am KIT Lichttechnisches Institut (LTI)
Publikationstyp Proceedingsbeitrag
Jahr 2016
Sprache Deutsch
Identifikator ISBN: 978-3-7315-0564-8
URN: urn:nbn:de:swb:90-618271
KITopen ID: 1000061827
Erschienen in LICHT 2016, Karlsruhe, 25. – 28. September
Verlag KIT Scientific Publishing, Karlsruhe
Seiten 277-284
URLs Gesamtwerk
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