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Die
Erfindung betrifft eine optische Linse mit einer Innen- und einer
Außenfläche.
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Optische
Linsen sind bspw. als bikonvexe, bikonkave, plankonvexe und plankonkave
Linsen bekannt. Des Weiteren sind Fresnellinsen bekannt, bei welchen
z. B. die optischen Eigenschaften einer plankonvexen Linse dadurch
erreicht werden, dass die konvexe Außenfläche in ringförmige Teilflächen umgestaltet
ist, so dass die Höhenabmessung
der Fresnellinse im Vergleich zu einer üblichen plankonvexen Linse
klein sind, ohne dass die optischen Eigenschaften wie die Brennweite
u. s. w. beeinträchtigt
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue optische Linse zu
schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1, d. h. dadurch gelöst, dass die Außenfläche der
optischen Linse als konvexe sphärische
Linsenoberfläche
und die Innenfläche
als konkave, nach innen orientierte Stufenfläche ausgebildet ist, die zur
optischen Mittelachse der Linse jeweils rotationssymmetrisch sind.
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Die
erfindungsgemäße optische
Linse weist in Vergleich zu einer konvexen optischen Linse einen geringen
Materialbedarf und somit ein entsprechend reduziertes Gewicht auf,
ohne dass die optischen Eigenschaften beeinträchtigt sind, wobei ihre Außenoberfläche der
einer üblichen
konvexen Linse entspricht.
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Die
erfindungsgemäße optische
Linse ist nicht nur zur Material sparenden und Gewicht reduzierenden
Nachbildung einer bekannten konvexen Linse, sondern auch zur Nachbildung
einer konvex-konkaven Linse oder einer bikonvexen Linse geeignet.
Unabhängig
von der jeweiligen Ausbildung als plankonvexe, konvex-konkave oder
bikonvexe optische Linse ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Materialersparnis
und folglich eine Gewichtsreduktion, wobei die Gesamthöhe der erfindungsgemäßen Linse
dem konvexen Anteil einer bekannten optischen Linse der oben genannten
Art entspricht.
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Erfindungsgemäß kann die
Linsenoberfläche von
einer Kugelabschnittfläche
gebildet sein. Desgleichen ist es möglich, die die Außenfläche der
erfindungsgemäßen optischen
Linse bildende Linsenoberfläche
als Rotations-Ellipsoid-Abschnittfläche, als Rotations-Paraboloid-Abschnittfläche oder
beliebig anders, bspw. asphärisch,
zu gestalten.
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Bei
der erfindungsgemäßen optischen
Linse weist die konkave, nach innen orientierte Stufenfläche eine
Anzahl Ringstufen auf, die axial aneinander angrenzen, und die jeweils
eine Ringaußenfläche und
eine Ringgrundfläche
besitzen. Dabei bestimmen die Ringaußenflächen und die Ringgrundflächen umlaufende
Ringecken, die eine sphärische
Innenhüllfläche definieren.
Die sphärische
Innenhüllfläche und
die sphärische
Linsenoberfläche
können
zueinander konzentrisch vorgesehen sein, d. h. der Krümmungsmittelpunkt
der sphärischen
Linsenoberfläche
und der Krümmungsmittelpunkt
der Innenhüllfläche können auf
der optischen Mittelachse deckungsgleich vorgesehen sein. Desgleichen
ist es möglich,
dass die sphärische
Innenhüllfläche und
die sphärische
Linsenoberfläche
auf der optischen Mittelachse liegende Krümmungsmittelpunkte besitzen, die
voneinander beabstandet sind. Dabei kann der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen
Innenhüllfläche in Bezug
zum Scheitelpunkt der optischen Linse vor oder hinter dem Krümmungsmittelpunkt
der sphärischen
Linsenoberfläche
liegen.
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Die
Ringaußenflächen können zur
optischen Mittelachse parallel orientiert sein. Unter Fertigungsgesichtspunkten
kann es zweckmäßig sein,
wenn die Ringaußenflächen zur
optischen Mittelachse mit einem kleinen Konuswinkel, zum Scheitel
der optischen Linse hin, konisch verjüngt orientiert sind, so dass
die konkave, nach innen orientierte Stufenfläche der erfindungsgemäßen optischen
Linse mit einem entsprechen gestalteten Formwerkzeug bspw. durch
Spritzgießen
problemlos aus einem geeigneten Kunststoffmaterial herstellbar ist.
Bei diesem Kunststoffmaterial kann es sich z. B. um PMMA, PC o.
dgl. handeln.
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Bei
der erfindungsgemäßen optischen
Linse können
die Ringgrundflächen – zur Nachbildung
einer plankonvexen Linse – jeweils
in einer zur optischen Mittelachse senkrechten Ebene liegen. Desgleichen
ist es möglich,
dass die Ringgrundflächen jeweils
in einer Kegelfläche
liegen, deren Kegel-Spitzenwinkel
kleiner oder größer als
180 Winkelgrad ist, d. h. die Spitze der Kegelfläche kann dem Scheitel der optischen
Linse zugewandt oder von dieser abgewandt sein, um eine konkav-konvexe
oder eine bikonvexe Linse nachzubilden.
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Wie
bereits erwähnt
worden ist, besteht die erfindungsgemäße optische Linse vorzugsweise
aus einem transparenten Kunststoffmaterial, wie PMMA, PC o. dgl.
Es ist auch möglich,
die erfindungsgemäße optische
Linse aus einem Glasmaterial herzustellen.
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Unabhängig davon,
ob eine plankonvexe, eine konvex-konkave oder eine bikonvexe Linse
realisiert werden soll, weist die erfindungsgemäße optische Linse in jedem
Fall eine konvexe sphärische Linsenoberfläche auf,
um eine entsprechende, an sich bekannte optische Linse nachzubilden.
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Im
Unterschied zu an sich bekannten Fresnellinsen mit einer polierten
optisch wirksamen Planfläche
und einer gerillten Außenfläche, deren
optisch wirksame Flanken die konvexe Linsenaußenfläche nachbilden, besitzt die
erfindungsgemäße optische Linse
(= Stufenlinse) eine glatte polierte, optisch wirksame und einer übliche optischen
Linse entsprechende konvexe, sphärische
Linsenoberfläche
und eine konkave, nach innen orientierte Stufenfläche. Die
erfindungsgemäße Stufenlinse
ist bspw. in einem Spritzgußverfahren
kostengünstig
herstellbar.
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Einsatzmöglichkeiten
der erfindungsgemäßen optischen
Linse sind bspw. im Fahrzeugbau für Frontscheinwerfer, Rückfahrscheinwerfer,
Rücklichter
u. s. w. gegeben. Desgleichen ist es bspw. möglich, mindestens zwei erfindungsgemäße optische Linsen
in einem gemeinsamen, einzigen Arbeitsgang herzustellen, um z. B.
die optische Linse für
ein Abblendlicht und die optische Linse für ein Fernlicht als eine Baueinheit
zu realisieren, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet wird. Auf diese
Weise sind z. B. Fernlicht-, Abblendlicht- und/oder Nebelscheinwerfer-Linsen
kombinierbar. Gleiches gilt bspw. für eine Kombination für das Standlicht
und die Fahrtrichtungsanzeiger, d. h. Blinker. Im Automobilbau werden
zunehmend, insbesondere für
Premium-Modelle, optische Linsen in die Scheinwerfer eingebaut,
um die Ausleuchtung der Straßen
zu verbessern. Diese optischen Linsen bestehen aus Glas und sind
deshalb teuer und schwer. Im Vergleich mit solchen bekannten Glaslinsen
kann die erfindungsgemäße Linse
bei gleichen optischen Eigenschaften aus thermoplastischem Material
rationell und kostengünstig
hergestellt werden, so dass sie auch für die weniger teuren Automobile
eine gute Alternative gegenüber
Glaslinsen darstellt.
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Erfindungsgemäße Linsen
können
z. B. auch bei Handlampen, Taschenlampen, linearen Stufenlinsen
u. s. w. zur Anwendung gelangen.
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Eine
kombinierte Anordnung der oben genannten Art mit mindestens zwei
erfindungsgemäßen optischen
Linsen spart in vorteilhafter Weise Bauraum und stellt eine kostengünstige Lösung dar. Insbesondere
auch der Gesichtspunkt, dass ein größeres gemeinsames Gehäuse sich
in seinem inneren nicht so sehr aufheizt, so dass eine unzulässige Erwärmung der
Linsen vermieden wird, stellt einen nicht zu vernachlässigenden
Vorteil der Erfindung dar.
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Durch
passende Dimensionierung der erfindungsgemäßen optischen Linsen ist es
möglich,
die thermische Belastung zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, dass durch eine entsprechende Linsen-Vergrößerung eine
unerwünschte
Blendwirkung von Scheinwerfern, die mit erfindungsgemäßen optischen
Linsen versehen sind, zumindest reduziert oder vermieden werden
kann. Ein weiterer Vorteil der Kombination von mindestens zwei erfindungsgemäßen optischen
Linsen in einem gemeinsamen Gehäuse
besteht in der Reduktion des Montageaufwands und der Montagekosten
sowie des Gesamtgewichtes.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen optischen
Linse.
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Es
zeigen:
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1 in
einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform der optischen Linse,
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2 in
einer der 1 entsprechenden Schnittdarstellung
eine zweite Ausbildung der optischen Linse,
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3A eine
vergrößerte Darstellung
des Details III in 2,
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3B eine
der 3A entsprechende abschnittweise Schnittdarstellung
einer anderen Ausbildung der konvexen, nach innen orientierten Stufenfläche der
optischen Linse,
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3C eine
den 3A und 3B entsprechende
Detailansicht zur Verdeutlichung noch einer anderen Ausführungsform
der optischen Linse,
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3D eine
den 3A bis 3C entsprechende
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der optischen Linse,
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3E eine
den 3A bis 3D entsprechende
Detailansicht noch einer anderen Ausführungsform der optischen Linse,
und
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3F eine
den 3A bis 3E ähnliche Detail-Darstellung
einer weiteren Ausbildung der optischen Linse.
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1 zeigt
in einer Längsschnittdarstellung eine
Ausbildung der optischen Linse 10, die eine Außenfläche 12 und
eine Innenfläche 14 aufweist.
Die Außenfläche 12 ist
als konvexe, sphärische
Linsenoberfläche 15 ausgebildet.
Die Innenfläche 14 ist
als konkave, nach innen orientierte Stufenfläche 16 ausgebildet.
Die Linsenoberfläche 15 und
die Stufenfläche 16 sind
zur optischen Mittelachse 18 der Linse 10 rotationssymmetrisch
ausgebildet.
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Die
Linsenoberfläche 15 ist
von einer Kugelabschnittfläche 20 gebildet,
deren Krümmungsmittelpunkt
mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet ist.
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Die
konkave, nach innen orientierte Stufenfläche 16 weist Ringstufen 24 auf,
die axial aneinander angrenzen. Jede Ringstufe 24 weist
eine Ringaußenfläche 26 und
eine Ringgrundfläche 28 auf.
Die jeweilige Ringaußenfläche 26 und
die zugehörige Ringgrundfläche 28 bestimmen
eine umlaufende Ringecke 30.
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Die
Ringecken 30 bestimmen eine sphärische Innenhüllfläche 32.
Die Innenhüllfläche 32 besitzt
den selben Krümmungsmittelpunkt 22 wie
die Linsenoberfläche 15 der
Linse 10, so dass die Wanddicke der Linse 10 quasi
konstant ist. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
dass der Krümmungsmittelpunkt
der Linsenoberfläche 15 und
der Krümmungsmittelpunkt
der Innenhüllfläche 32 auf
der optischen Mittelachse 18 voneinander beabstandet sind.
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2 verdeutlicht
eine Ausbildung der Linse 10, die sich von der in 1 gezeichneten
Ausführungsform
nur dadurch unterscheidet, dass die Ringstufen 24 mit axial
tieferen Ringaußenflächen 26 und radial
größeren Ringgrundflächen 28 ausgebildet sind.
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3A zeigt
in einer Detailansicht größeren Maßstabs eine
Ausbildung der Linse 10, bei welcher die Ringgrundflächen 28 jeweils
eine Kegelfläche 34 bestimmen,
deren Kegel-Spitzenwinkel b < 180
Winkelgrad beträgt.
Demgegenüber
verdeutlicht die 3B eine Ausbildung der Linse 10,
bei welcher die Ringgrundflächen 28 jeweils
in einer zur optischen Mittelachse 18 senkrechten Ebene
liegen und die Ringaußenflächen 26 mit
der optischen Mittelachse 18 einen kleinen Konuswinkel
a einschließen,
der zum Scheitel 34 der Linse 10 hin verjüngt ist.
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3C verdeutlicht
eine Ausbildung der optischen Linse 10 mit zur optischen
Mittelachse 18 senkrecht orientierten Ringgrundflächen 28,
die radial gleiche Breitenabmessungen c besitzen. Demgegenüber verdeutlicht
die 3D eine Ausbildung der Linse 10, bei
welcher die Ringaußenflächen 26 jeweils
die gleiche Tiefenabmessung d besitzen.
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3E zeigt
die Nachbildung einer bikonvexen Linse, indem die radial gleiche
Breitenabmessungen c (siehe 3C) besitzenden
Ringgrundflächen 28 der
durch eine dünne
strichpunktierte Linie angedeuteten, von der Außenfläche 12 abgewandten konvexen
Außenfläche 36 entsprechend
gestaltet sind.
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3F verdeutlicht
eine Ausbildung der Linse 10, wobei eine konvex-konkave
Linse dadurch nachgebildet ist, dass die durch eine dünne strichpunktierte
Linie angedeutete, von der Außenfläche 12 abgewandte
konkave Oberfläche 38 durch
die Ringgrundflächen 28 nachgebildet
ist. Auch bei dieser Ausführungsform
besitzen die Ringgrundflächen 28 jeweils
die gleichen radialen Abmessungen C.
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In
den Figuren sind einige der möglichen
Linsen-Nachbildungen gezeichnet. Es versteht sich, dass auch andere
optische Linsen erfindungsgemäß nachbildbar
sind. Die Erfindung ist also nicht auf die in den Figuren dargestellten
Ausführungsformen
beschränkt
sondern durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.
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- 10
- optische
Linse
- 12
- Außenfläche (von 10)
- 14
- Innenfläche (von 10)
- 15
- Linsenoberfläche (von 12)
- 16
- Stufenfläche (von 14)
- 18
- optische
Mittelachse (von 10)
- 20
- Kugelabschnittfläche (von 12 bzw. 15)
- 22
- Krümmungsmittelpunkt
(von 20)
- 24
- Ringstufen
(von 16)
- 26
- Ringaußenfläche (von 24)
- 28
- Ringgrundfläche (von 24)
- 30
- Ringecke
(zwischen 26 und 28)
- 32
- Innenhüllfläche (bei 30)
- 34
- Scheitel
(von 10 an 12)
- 36
- konvexe
Oberfläche
- 38
- konkave
Oberfläche