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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Lichtsystem aus zwei optischen Komponenten (Lichtquelle und Abbildungslinse), ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Lichtsystem sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Lichtsystems.
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Hintergrund der Erfindung
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Zurzeit gibt es mehrere verbaute Lichtsysteme in Fahrzeugen. Diese besitzen meist neben einer Lichtquelle zusätzlich drei oder mehr optische Bestandteile mit unterschiedlichen optischen Funktionen, beispielsweise als Sammellinse, als Element zum Strukturieren des Lichts und als Streulinse für Lichtsysteme zur Abbildung von Mustern auf Hintergründe. Solche Multikomponentensysteme benötigen eine relativ große Bautiefe und stehen damit einer möglichst kompakten Bauweise von Lichtsystemen im Wege. Außerdem verlangt eine erhöhte Anzahl an Komponenten eine sorgfältige Justierung der Komponenten zueinander, was ein solches System weniger robust gegen Stöße etc. macht und sich damit die Abbildungseigenschaften negativ über die Zeit verändern können. Die erhöhte Anzahl an Komponenten macht das System bei Herstellung und Handhabung aufwändiger und damit teurer.
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Eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, die mindestens eine in einem Mehrschicht-Spritzgussverfahren hergestellte transparente Optik, durch die bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung Lichtstrahlen hindurchtreten, umfasst, ist aus der
DE 10 2011 014 113 A1 bekannt. Die Beleuchtungseinrichtung kann dabei als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet sein, und der Scheinwerfer kann ein Projektionsmodul, das mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht, mindestens eine Primäroptik zum Bündeln des ausgesandten Lichts sowie mindestens eine Projektionslinse zum Abbilden des gebündelten Lichts auf einer Fahrbahn vor dem Fahrzeug zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung, aufweisen.
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Die
CN 202 382 141 U betrifft eine Fahrzeug-Projektionslampe, die ein Lampengehäuse, ein Lichtquellenmodul, eine transparente Oberflächenmaske und eine teilweise transparente Grafikmembran umfasst, wobei die transparente Oberflächenmaske auf dem Lampengehäuse so angeordnet ist, dass sie einen Innenraum zwischen dem Lampengehäuse und der transparenten Oberflächenmaske liefert. Das Lichtquellenmodul ist in dem Innenraum angeordnet; und die teilweise transparente Grafikmembran befindet sich in dem Innenraum zwischen dem Lichtquellenmodul und der transparenten Oberflächenmaske. Optimalerweise ist das Lichtquellenmodul mit einer LED-Lichtquelle versehen und weist auch eine Linsenverstärkungsanordnung auf, die in dem Innenraum angeordnet ist; wobei die teilweise transparente Grafikmembran zwischen dem Lichtquellenmodul und der Linsenverstärkungsbaugruppe, in der Linsenverstärkungsbaugruppe oder zwischen der Linsenverstärkungsbaugruppe und der transparenten Oberflächenmaske angeordnet ist. Die Linsenverstärkungsanordnung kann eine erste Projektionslinse, eine zweite Projektionslinse und eine Sammellinse umfassen, wobei die Sammellinse benachbart zu dem Lichtquellenmodul und die teilweise transparente Grafikmembran zwischen der zweiten Projektionslinse und der Sammellinse angeordnet sein kann.
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Aus der
JP 2016 134 314 A ist auch eine Projektionsvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der eine LED Licht emittiert, und das Licht durch eine Kollimatorlinse
52, einen Musterfilm
62, eine erste Fokussierlinse
54 und eine zweite Fokussierlinse
58 übertragen wird, so dass ein Muster des Musterfilms projiziert wird. Dabei kann durch Lösen eines Montagevorsprungs eines oberen Teilabschnitts von einer Montageplatte eines unteren Teilabschnitts in einem Gehäuse das Gehäuse in den oberen Teilabschnitt und den unteren Teilabschnitt geteilt werden. Somit kann das Innere eines Gehäusekörpers freigelegt und verändert werden.
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Es wäre daher wünschenswert, ein kompaktes, robustes, mit geringem Aufwand herzustellendes und dennoch gute Abbildungseigenschaften aufweisendes Lichtsystem zur Abbildung von Mustern zur Verfügung zu haben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes, robustes, mit geringem Aufwand herzustellendes und dennoch gute Abbildungseigenschaften aufweisendes Lichtsystem zur Abbildung von Mustern zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Lichtsystem umfassend eine Lichtquelle zur Aussendung von divergentem Licht und lediglich eine einzige davor im divergenten Licht angeordnete Abbildungslinse zur Abbildung des von der Lichtquelle direkt empfangenen divergenten Lichts, wobei die Abbildungslinse einteilig gefertigt ist und einen ersten Linsenabschnitt mit einer nicht-strukturierten und konvex in Richtung der Lichtquelle gewölbten Lichteintrittsoberfläche zum Eintritt des divergente Lichts der Lichtquelle in die Abbildungslinse, einen zweiten Linsenabschnitt mit einer konvex in Lichtausbreitungsrichtung gewölbten Lichtaustrittsoberfläche zum Abbilden des eingetretenen Lichts sowie eine zwischen erstem und zweitem Linsenabschnitt angeordnete Maske zur Modifikation des in den ersten Linsenabschnitt eingetretenen Lichts vor Austritt aus der Lichtaustrittsoberfläche umfasst.
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Direkt empfangenes Licht bezeichnet hierbei eine Anordnung, bei der zwischen Lichtquelle und Abbildungslinse keine weiteren optischen Elemente wie beispielsweise zusätzliche Linsen, Kollimatoren, Spiegel etc. angeordnet sind. Die Lichtausbreitungsrichtung bezeichnet die mittlere Richtung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts. In dieser Richtung ist auch die Intensität des ausgesendeten Lichts vor Eintritt in die Abbildungslinse maximal. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine LED, eine Laserdiode oder eine zur Aussendung von divergentem Licht entsprechend geformte Lichtaustrittsoberfläche sein, die beispielsweise auf einem Lichtleiter angeordnet ist, in den Licht aus einer anderen Lichtquelle eingespeist wird.
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Der Begriff „nicht-strukturiert“ bezeichnet Oberflächen, die homogen und glatt sind. Diese Oberflächen können als homogene und glatte Oberflächen allerdings eine Kontur aufweise, wie beispielsweise eine konvexe Kontur, also eine nach außen hin gerichtete Wölbung, aufweisen. Eine im Gegensatz dazu strukturierte Oberfläche wäre beispielweise eine Anordnung aus einem Array aus zusammenhängenden Mikrolinsen, das eben gerade nicht eine nicht-strukturierte Oberfläche besitzt.
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Die konvex geformte Lichteintrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts kann dabei jede geeignete Form besitzen, beispielsweise eine sphärisch, asphärische, parabolische Form. Sie dient als Sammellinse zur Sammlung des divergenten Lichts der Lichtquelle in der Abbildungslinse. Der konvex geformte zweite Linsenabschnitt dient als Streulinse oder Diffusor zur Abbildung der Maske auf einen geeigneten Untergrund jenseits des Lichtsystems.
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Das Merkmal der einteiligen Abbildungslinse bezeichnet eine zumindest nach deren Herstellung fest miteinander verbundene Anordnung aus erstem Linsenabschnitt, zweitem Linsenabschnitt und Maske ohne Zwischenräume in Lichtausbreitungsrichtung gesehen zwischen den einzelnen Komponenten. Geeignete Materialien für die Linsenabschnitte sind beispielsweise diverse Gläser oder Kunststoffe. Das Material der Maske kann jegliches Material sein, das strukturierbar ist und eine optische Wirkung entfaltet (lichtundurchlässig, semitransparent). Die Maske kann eine freitragende Komponente, die in die Abbildungslinse eingefügt wird, oder eine dünne Beschichtung aus einem solchen Material sein, die während des Herstellungsprozesses in die Abbildungslinse eingebracht wird. Die Maske kann beispielsweise aus einem Metall, einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff hergestellt sein. Die Maske hat auf die jeweilige Anwendung hin angepasste Form und Struktur, damit die jeweils gewünschte Projektion durch die Maske bereitgestellt wird. Die Maske kann dabei ein Logo, Symbol, Bildzeichen, Muster oder einen Schriftzug umfassen, das bzw. der über die Abbildungslinse auf einen Untergrund projiziert werden kann. Mit dem zweiten Linsenabschnitt als Streulinse wird das Licht gleichmäßig und homogen ausgestreut und wird damit auf dem jeweiligen Untergrund ohne Kanten und ohne für das menschliche Auge sichtbare Fehler projiziert.
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Die Maske kann dabei als zusammenhängende Komponente in die Abbildungslinse während des Herstellungsprozesse eingebracht werden oder während des Herstellungsprozesses bei separater Fertigung der ersten und zweiten Linsenabschnitte an geeigneter Stelle auf den ersten oder zweiten Linsenabschnitt vor deren Verbindung miteinander zur einteiligen Abbildungslinse aufgedruckt, aufgedampft, eingepresst, eingeklebt, mit Dünnschichtprozessen draufbeschichtet und gegebenenfalls mit geeigneten Techniken zur Herstellung der gewünschten Maskenstruktur und Maskenform (beispielsweise mittels Beschichtung durch eine Maske hindurch, Laserstrukturierung, oder Strukturierung durch Ätzen) strukturiert werden.
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Damit umfasst das Lichtsystem genau zwei optische Komponenten zwischen Lichtquelle und abbildenden Element, nämlich die Lichtquelle und die Abbildungslinse, um eine Abbildung der Maske auf eine Unterlage durchführen zu können. Diese Anordnung stellt ein maximal kompaktes System dar und benötigt dadurch viel weniger Bauraum als herkömmliche Systeme aus vier oder mehr optischen Elementen zwischen Lichtquelle und abbildenden Element. Durch die einteilige Form können die optischen Komponenten nicht mehr gegeneinander verrutschen und sind dadurch sehr robust gegenüber Stößen und anderen Behandlungen. Dadurch besitzt das Lichtsystem eine über die Benutzungsdauer gleichbleibende Abbildungsqualität.
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Mit dem erfindungsgemäßen Lichtsystem wird somit ein kompaktes, robustes, mit geringem Aufwand herzustellendes und dennoch gute Abbildungseigenschaften aufweisendes Lichtsystem zur Abbildung von Mustern zur Verfügung gestellt.
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In einer Ausführungsform besitzt die Lichtquelle eine Lichtaustrittsfläche, die mindestens um einen Faktor 5, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10, kleiner ist als eine maximale Fläche der Abbildungslinse senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung. Damit stellt die Lichtquelle relativ zur Abbildungslinse in Näherung eine Punktlichtquelle dar, deren Lichtbündel mit entsprechenden Linsen wie gewünscht geformt werden kann, ohne dabei zu große Abbildungsfehler zu verursachen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind ein Abstand zwischen Lichtquelle und Abbildungslinse sowie die maximale Fläche der Abbildungslinse so gewählt, dass die Lichtquelle die Lichteintrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts der Abbildungslinse voll ausleuchtet. Damit wird die volle Fläche der Abbildungslinse zum Sammel von Licht, das anschließend durch die Maske modifiziert wird, verwendet, was eine großflächige Abbildung der Maske durch den zweiten Linsenabschnitt erlaubt.
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In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Maske senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung eine Strukturierung, die einen oder mehrere erste nicht-transparente Bereiche und/oder einen oder mehrere transparente zweite Bereiche und/oder einen oder mehrere semi-transparente dritte Bereiche umfasst. Nicht-transparente Bereiche verhindern einen Eintritt des Lichts in den zweiten Linsenabschnitt. Transparente Bereiche lassen das Licht unverändert in den zweiten Linsenabschnitt eintreten. Semi-transparente Bereiche modifizieren das Licht, beispielsweise in seiner Intensität und/oder in seiner Farbe.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichteintrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts so geformt, dass nach Eintritt des Lichts in die Abbildungslinse dieses parallel zur Lichtausbreitungsrichtung auf die Maske trifft. Damit kann das Muster der Maske besser beleuchtet und damit abgebildet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtaustrittsoberfläche, vorzugsweise mit einer sphärischen, asphärischen oder freien Form, des zweiten Linsenabschnitts als Streulinse geformt. Eine Streulinse (oder Diffusorlinse) hat die Funktion, das durch die Maske modifizierte Licht gleichmäßig und homogen aus der Abbildungslinse wieder auszustreuen. Somit kann eine Abbildung der Maske auf einem geeigneten Untergrund, beispielsweise auf einem Boden ohne Kanten und ohne für das menschliche Auge sichtbaren Fehler projiziert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtaustrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts zusätzlich mit Lichtauslasskanälen versehen sein, um die Strahlform des Lichts weiter zu modifizieren.
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In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Maske eine flache Form und ist in einer Kavität zwischen erstem und zweitem Linsenabschnitt angeordnet. Eine flache Form besitzt parallel Oberflächen zueinander senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung und eine relativ zum Durchmesser oder Länge dieser Oberflächen eine geringe Dicke in Lichtausbreitungsrichtung. Eine flache Maske besitzt die günstigsten Projektionseigenschaften in einem parallelen Lichtbündel.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kavität durch einen Rücksprung in einer Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts zugewandt zum zweiten Linsenabschnitt und/oder durch einen Rücksprung in einer Lichteintrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts zugewandt zum ersten Linsenabschnitt gebildet. Damit wird einerseits die Position der Maske eindeutig festgelegt und ermöglicht andererseits ein einfaches und genaues Einlegen der Maske auf beziehungsweise in das jeweilige Halbzeug (ersten oder zweiten Linsenabschnitt zur weiteren Verarbeitung). Vorzugsweise sind die Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts und die Lichteintrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts plane und parallele Fläche, damit beide Linsenabschnitte gut miteinander verbunden werden können, um eine einteilige Abbildungslinse zu erzeugen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kavität über einen Schlitz mit der Umgebung der Abbildungslinse verbunden, sodass die Maske zur Herstellung der einteiligen Abbildungslinse nach Herstellung der miteinander verbundenen ersten und zweiten Linsenabschnitte in die Kavität hineingeschoben werden kann. Ein nachträgliches Einstecken der Maske vereinfacht den Herstellungsprozess und ermöglicht eine Flexibilität bei der Bestückung der noch unfertigen Abbildungslinsen mit den gewünschten Masken.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und zweiten Linsenabschnitte aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Somit können die beiden Linsenabschnitts und die durch sie hervorgerufene Wirkung variabel und speziell auf die jeweils gewünschten Abbildungseigenschaften angepasst werden und gegebenenfalls die geeigneten Materialien für die jeweiligen lokalen Temperaturbedingungen in dem Lichtsystem gewählt werden. Geeignete Materialien für die Linsenabschnitte sind beispielsweise diverse Gläser oder Kunststoffe.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lichtsystem als Projektionsvorrichtung. Die Projektionsvorrichtung kann dabei beispielsweise auf einen Boden wie eine Straßenoberfläche oder eine Fahrbahnoberfläche benachbart zum Kraftfahrzeug als Projektionsfläche das Muster der Maske projizieren. In einer Ausführungsform ist die Projektionsvorrichtung dabei in oder an einer Rückblickvorrichtung, vorzugsweise ein Außenspiegel und/oder eine Kamerahalterung des Kraftfahrzeugs, angeordnet. Jedoch ist es nicht zwingend notwendig, die Projektionsvorrichtung an eine Rückblickvorrichtung zu heften; sondern sie kann alternativ auch frei an einer Seite eines Kraftfahrzeuges angebracht/angeordnet werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtsystems umfassend eine Lichtquelle zur Aussendung von divergentem Licht und lediglich eine einzige davor im divergenten Licht angeordnete Abbildungslinse zur Abbildung des von der Lichtquelle direkt empfangenen divergenten Lichts, umfassend nachfolgende Schritte:
- - Fertigen eines ersten Linsenabschnitts mit einer nicht-strukturierten und konvex in Richtung der Lichtquelle gewölbten Lichteintrittsoberfläche zum Eintritt des divergenten Lichts der Lichtquelle in den ersten Linsenabschnitt und einer geeignet geformten gegenüberliegenden Lichtaustrittsoberfläche;
- - Fertigen eines zweiten Linsenabschnitts mit einer konvex in Lichtausbreitungsrichtung gewölbten Lichtaustrittsoberfläche zum Abbilden des eingetretenen Lichts und einer gegenüberliegenden Lichteintrittsoberfläche;
- - Zusammenfügen von erstem und zweitem Linsenabschnitt sowie einer Maske zur Modifikation des in den ersten Linsenabschnitt eingetretenen Lichts zu einer einteiligen Abbildungslinse; und
- - Anordnen der einteiligen Abbildungslinse vor der Lichtquelle zum direktem Empfangenen des divergenten Lichts der Lichtquelle.
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Das Zusammenfügen kann mit jeder dafür geeigneten Technik erfolgen, beispielsweise mittels Verkleben, Verschweißen oder einer Zweikomponenten-Spritzgusstechnik. Aus den ersten und zweiten Linsenabschnitten sowie der darin eingebetteten Maske erhält man ein geschlossenes System, in das kein Schmutz oder Feuchtigkeit eindringen kann und dass damit eine lange Lebensdauer bei gleichbleibenden Abbildungseigenschaften besitzt. Die Lichtquelle, beispielsweise ein LED kann dabei auf einer Platine (PCB) angeordnet sein, die in ein Gehäuse des Lichtsystems eingesetzt wird. Die einteilige Abbildungslinse wird dann im vorgesehenen Abstand in das Gehäuse eingebracht und mit dem Gehäuse zum Betrieb des Lichtsystems als Projektionsvorrichtung verbunden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein erfindungsgemäßes kompaktes, robustes Lichtsystem mit geringem Aufwand hergestellt werden, das dennoch gute Abbildungseigenschaften aufweist.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die ersten und zweiten Linsenabschnitte mittels Spritzgussverfahren hergestellt. Spritzguss ist eine kostengünstige Herstellungstechnik, die schnell und zuverlässig die gewünschten Formen anhand von Formwerkzeugen herstellt kann. Für Spritzgussverfahren sind Kunststoffe geeignete Materialien.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens unter Einsatz von Spritzgusstechniken umfassen das Fertigen der ersten und zweiten Linsenabschnitte sowie das Zusammenfügen die nachfolgenden Schritte:
- - Bestücken einer ersten Formhälfte eines Spritzgusswerkzeugs mit einem Schieber zur Schaffung eines materialfreien Volumens als spätere Kavität;
- - Spritzen des ersten Linsenabschnitts mittels der erste Formhälfte bei Vorhandensein des Schiebers;
- - Anbringen einer zweiten Formhälfte an das Spritzgusswerkzeug;
- - Anspritzen des zweiten Linsenabschnitts an die Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts mittels der zweiten Formhälfte;
- - Entfernen von erster und zweiter Formhälfte sowie des Schiebers zur Definition eines Schlitzes zwischen Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts und Lichteintrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts in den einteilig miteinander verbundenen ersten und zweiten Linsenabschnitten; und
- - Einschieben der Maske in den Schlitz zwischen erstem und zweitem Linsenabschnitt als das Zusammenfügen der einteiligen Abbildungslinse.
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Das obige Verfahren ist ein sogenanntes Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, mit dem auf einfache Weise kostengünstig und schnell die gewünschte einteilige Abbildungslinse gefertigt werden kann. Die Maske kann dabei analog zu einem Baukastensystem beispielsweise eingeklebt, eingepresst, eingeklippt oder verspannt werden, sodass sie sicher und ortsgenau zwischen den Linsenabschnitten befestigt ist. Der Schieber aus einem beliebigen Material sichert die Kavität für die Maske, da das von ihm eingenommene Volumen nicht durch das eingespritzte Material eingenommen werden kann. Die zweite Formhälfte wird an das Bauteil gebracht und das Werkzeug dreht sich so mit dem Angus, dass darauf die zweite Linsenhälfte gespritzt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses des Weiteren das Verschließen des Schlitzes mit geeignetem Material, vorzugsweise dem Material des ersten oder zweiten Linsenabschnitts. Durch das Verschließen verbleibt die Maske ortssicher in der Abbildungslinse und kann nicht durch Handling, wie beispielweise auf einem Transport oder in Benutzung verrutschen. Hiermit wird vollständig ausgeschlossen, dass Schmutz oder Feuchtigkeit über den Schlitz zwischen Maske und den restlichen Komponenten eindringen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Zusammenfügen ein Aufbringen der Maske auf die Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts oder auf die Lichteintrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts vor der einteiligen Verbindung der ersten und zweiten Linsenabschnitte miteinander. Hierbei kann beispielsweise der erste Linsenabschnitt gespritzt werden und nachfolgend eine dunkle Beschichtung auf die Lichtaustrittsoberfläche aufgetragen werden, wobei eine vorherig aufgebrachte Beschichtungsmaske die Flächen freilässt, durch welche das Licht projiziert werden soll. Nach dem Auftragen wird die Beschichtungsmaske entfernt und die zweite Linsenoberfläche wie voranstehend beschrieben angespritzt. Alternativ kann eine dunkle Beschichtung auf die Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts aufgebracht werden und die Bereiche, durch die Licht zur Projektion hindurchtreten soll, weggeäzt werden. Alternativ könnte die gewünschte Maskenform auch aufgedruckt oder mittels eines Maskenbeschichtungsverfahrens als Dünnbeschichtung aufgetragen werden. Vorzugsweise besitzt die Maske sowie deren Auflageflächen eine flache (planare) Form beziehungsweise Oberfläche.
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Die voranstehend aufgelisteten Ausführungsformen können einzeln oder in beliebiger Kombination zueinander zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens verwendet werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in den Abbildungen beispielhaft wie folgt gezeigt.
- 1: schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtsystems in seitlicher Ansicht;
- 2: schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungslinse im Schnitt senkrecht zur Lichtausreitungsrichtung (a) ohne Maske und (b) mit Maske;
- 3: schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Lichtsystem als Projektionsvorrichtung; und
- 4: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lichtsystems.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtsystems 1 in seitlicher Ansicht. Das Lichtsystem 1 umfasst dabei eine Lichtquelle 2 zur Aussendung von divergentem Licht DL und lediglich eine einzige davor im divergenten Licht DL angeordnete Abbildungslinse 3 zur Abbildung des von der Lichtquelle 2 direkt empfangenen divergenten Lichts DL. Hierbei sind keine weiteren optischen Komponenten zwischen der Lichtquelle 2 und der Abbildungslinse 3 im Lichtstrahl angeordnet. In Lichtausbreitungsrichtung LR gesehen sind hier auch keine weiteren optischen Komponenten bis zur Projektionsfläche 12, auf die das Muster einer Maske 33 projiziert wird, angeordnet. Etwaige transparente Abdeckungen im Lichtweg hinter der Abbildungslinse 3 zum Schutz des Lichtsystems 2 werden dabei nicht als optische Komponenten betrachtet, da diese das Licht nicht wesentlich in Form, Intensität oder Farbe verändern.
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Die Lichtquelle 2 besitzt eine Lichtaustrittsfläche 21, die deutlich kleiner ist als eine maximale Fläche 34 der Abbildungslinse 3 senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung LR. Damit wird die Abbildungslinse relativ gesehen von einer nahezu punktförmigen Lichtquelle beleuchtet. Die Größenunterschiede betragen dabei vorzugsweise mindestens um einen Faktor 5, noch mehr bevorzugt mindestens einen Faktor 10. Der Abstand D1 zwischen Lichtquelle 2 und Abbildungslinse 3 sowie die maximale Fläche 34 der Abbildungslinse 3 sind dabei so gewählt, dass die Lichtquelle 2 die Lichteintrittsoberfläche 311 eines ersten Linsenabschnitts 31 der Abbildungslinse 3 voll ausleuchtet, damit großflächige Masken 33 ausgeleuchtet und über ihre gesamte Fläche projiziert werden können. Die Abbildungslinse 3 ist einteilig gefertigt, und ihr erster Linsenabschnitt 31 ist mit der nicht-strukturierten und konvex in Richtung der Lichtquelle 2 gewölbten Lichteintrittsoberfläche 311 zum Eintritt des divergenten Lichts DL der Lichtquelle 2 in die Abbildungslinse 3 ausgeformt. Der erste Linsenabschnitt 31 fungiert somit als Sammellinse für das divergente Licht DL. Die Lichteintrittsoberfläche 311 des ersten Linsenabschnitts 31 ist dabei so geformt, dass nach Eintritt des Lichts in die Abbildungslinse 3 dieses parallel zur Lichtausbreitungsrichtung LR auf die Maske 33 trifft. In Lichtausbreitungsrichtung LR dahinter, in Kontakt zum ersten Linsenabschnitt 31, ist ein zweiter Linsenabschnitt 32 mit einer konvex in Lichtausbreitungsrichtung LR gewölbten Lichtaustrittsoberfläche 322 zum Abbilden des über die Lichteintrittsoberfläche 311 des ersten Linsenabschnitts 31 eingetretenen Lichts L angeordnet. Die Lichtaustrittsoberfläche 322 des zweiten Linsenabschnitts 32 ist dabei als Streulinse geformt, vorzugsweise mit einer sphärischen, asphärischen oder geeigneten freien Form.
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Die ersten und zweiten Linsenabschnitte 31, 32 können aus allen dafür geeigneten Materialien gefertigt sein. In einer Ausführungsform sind der erste und zweite Linsenabschnitt 31, 32 aus unterschiedlichen Materialien gefertigt, um die Abbildungseigenschaften neben der Form der Linsenabschnitte 31, 32 auch durch die Materialeigenschaften geeignet festzulegen.
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Zwischen beiden Linsenabschnitten 31, 32 ist die Maske 33 zur Modifikation des in den ersten Linsenabschnitt 31 eingetretenen Lichts L vor Austritt aus der Lichtaustrittsoberfläche 322 angeordnet. Die Maske 33 kann für die jeweils gewünschten Projektionen eine unterschiedliche auf die jeweilige Anwendung hin angepasste Form und Struktur besitzen. Hierbei besitzt die Maske 33 in dieser Ausführungsform eine flache Form und ist in einer Kavität 35 (siehe dazu 2) zwischen erstem und zweitem Linsenabschnitt 31, 32 angeordnet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungslinse 3 im Schnitt senkrecht zur Lichtausreitungsrichtung LR (a) ohne Maske und (b) mit Maske 33. Damit die Maske 33 ein gewünschtes Muster projizieren kann, besitzt sie senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung LR eine Strukturierung, die in dieser Ausführungsform eine Sonne darstellen soll. Erste nicht-transparente Bereiche 331 begrenzen die Projektion auf das gewünschte Muster, transparente zweite Bereiche 332 bilden das Muster in der Projektion und semi-transparente dritte Bereiche 333 können den Eindruck des Musters modifizieren, indem weniger helle Bereiche 333 oder andersfarbige Bereich 333 zusätzlich zu den transparenten Bereichen 332 projiziert werden können. Vorzugsweise besitzt dazu die Maske 33 eine flache Form und ist in einer Kavität 35 zwischen erstem und zweitem Linsenabschnitt 31, 32 angeordnet.
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Die Kavität 35 kann durch einen Rücksprung in einer Lichtaustrittsoberfläche 312 des ersten Linsenabschnitts 31 zugewandt zum zweiten Linsenabschnitt 32 und/oder durch einen Rücksprung in einer Lichteintrittsoberfläche 321 des zweiten Linsenabschnitts 32 zugewandt zum ersten Linsenabschnitt 31 gebildet werden. Ferner kann die Kavität 35 über einen Schlitz 36 mit der Umgebung der Abbildungslinse 3 verbunden sein (wie in 2a ohne Maske zur besseren Veranschaulichung gezeigt ist), sodass die Maske 33 zur Herstellung der einteiligen Abbildungslinse 3 nach Herstellung der miteinander verbundenen ersten und zweiten Linsenabschnitte 31, 32 in die Kavität 35 hineingeschoben werden kann. Der Zustand mit Maske 33 in der Kavität 35 ist in 2b gezeigt. Nach Einsetzen der Maske 33 in die Kavität 35 kann der Schlitz 36 mit geeigneten Materialien durch Einfügen oder Einspritzen dieser Materialien und ggf. Härten derselben in den Schlitz 36 verschlossen werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 10 mit einem erfindungsgemäßen Lichtsystem 1 als Projektionsvorrichtung 11. Die Projektionsvorrichtung 11 kann beispielsweise in oder an einer Rückblickvorrichtung angeordnet sein, die beispielsweise als eine Kamerahalterung des Kraftfahrzeugs 1 oder wie hier gezeigt ein Außenspiegel ausgeformt ist.
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4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lichtsystems 1, umfassend eine Lichtquelle 2 zur Aussendung von divergentem Licht DL und lediglich eine einzige davor im divergenten Licht DL angeordnete Abbildungslinse 3 zur Abbildung des von der Lichtquelle 2 direkt empfangenen divergenten Lichts DL. Das Verfahren 100 umfasst danach nachfolgende Schritte:
- - Fertigen 110 eines ersten Linsenabschnitts 31 mit einer nicht-strukturierten und konvex in Richtung der Lichtquelle 2 gewölbten Lichteintrittsoberfläche 311 zum Eintritt des divergenten Lichts DL der Lichtquelle 2 in den ersten Linsenabschnitt 31 und einer geeignet geformten gegenüberliegenden Lichtaustrittsoberfläche 312.
- - Fertigen 120 eines zweiten Linsenabschnitts 32 mit einer konvex in Lichtausbreitungsrichtung LR gewölbten Lichtaustrittsoberfläche 322 zum Abbilden des eingetretenen Lichts L und einer gegenüberliegenden Lichteintrittsoberfläche 321.
- - Zusammenfügen 130 des ersten und zweiten Linsenabschnitts 31, 32 sowie einer Maske 33 zur Modifikation des in den ersten Linsenabschnitt 31 eingetretenen Lichts L zu einer einteiligen Abbildungslinse 3.
- - Anordnen 140 der einteiligen Abbildungslinse 3 vor der Lichtquelle 2 zum direktem Empfangenen des divergenten Lichts DL der Lichtquelle 2, ohne dass weitere optische Komponenten zumindest im Lichtweg zwischen Lichtquelle 2 und Abbildungslinse 3 vorhanden sind.
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Es können die ersten und zweiten Linsenabschnitte 31, 32 mittels Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei in einer Ausführungsform das Fertigen 110, 120 der ersten und zweiten Linsenabschnitte 31, 32 und das Zusammenfügen 130 die nachfolgende Schritte umfassen:
- - Bestücken 112 einer ersten Formhälfte eines Spritzgusswerkzeugs mit einem Schieber zur Schaffung eines materialfreien Volumens als spätere Kavität 35.
- - Spritzen 114 des ersten Linsenabschnitts 31 mittels der erste Formhälfte bei Vorhandensein des Schiebers.
- - Anbringen 122 einer zweiten Formhälfte an das Spritzgusswerkzeug.
- - Anspritzen 124 des zweiten Linsenabschnitts 32 an die Lichtaustrittsoberfläche 312 des ersten Linsenabschnitts 31 mittels der zweiten Formhälfte.
- - Entfernen 132 der ersten und zweiten Formhälfte sowie des Schiebers zur Definition eines Schlitzes 36 zwischen Lichtaustrittsoberfläche 312 des ersten Linsenabschnitts 31 und Lichteintrittsoberfläche 321 des zweiten Linsenabschnitts 32 in den einteilig miteinander verbundenen ersten und zweiten Linsenabschnitten 31, 32.
- - Einschieben 134 der Maske 33 in den Schlitz zwischen dem ersten und zweiten Linsenabschnitt 31, 32 als das Zusammenfügen 130 der einteiligen Abbildungslinse 3.
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In einer Ausführungsform kann zusätzlich ein Verschließen 136 des Schlitzes 36 mit geeignetem Material, vorzugsweise dem Material des ersten oder zweiten Linsenabschnitts, erfolgen.
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In einer Variante des Verfahrens 100 umfasst das Zusammenfügen 130 ein Aufbringen 138 der Maske 33 auf die Lichtaustrittsoberfläche 312 des ersten Linsenabschnitts 31 oder auf die Lichteintrittsoberfläche 321 des zweiten Linsenabschnitts 32 vor der einteiligen Verbindung der ersten und zweiten Linsenabschnitte 31, 32 miteinander. Dieser Schritt kann in einer Ausführungsform auch zwischen den Schritte 120 und 130 erfolgen. Der Schritt 138 ersetzt dabei die Schritte 134 und 136.
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Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erfindungsgemäßes Lichtsystem
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Abbildungslinse
- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Projektionsvorrichtung
- 12
- Projektionsfläche
- 21
- Lichtaustrittsfläche
- 22
- Platine (beispielsweise PCB)
- 31
- erster Linsenabschnitt
- 32
- zweiter Linsenabschnitt
- 33
- Maske
- 34
- maximale Fläche der Abbildungslinse senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung
- 35
- Kavität zwischen erstem und zweiten Linsenabschnitt
- 36
- Schlitz
- 100
- Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtsystems, beispielsweise mittels Spritzguss
- 110
- Fertigen eines ersten Linsenabschnitts
- 112
- Bestücken einer ersten Formhälfte eines Spritzgusswerkzeugs mit einem Schieber
- 114
- Spritzen des ersten Linsenabschnitts
- 120
- Fertigen eines zweiten Linsenabschnitts
- 122
- Anbringen einer zweiten Formhälfte an das Spritzgusswerkzeug
- 124
- Anspritzen des zweiten Linsenabschnitts an die Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts
- 130
- Zusammenfügen von erstem und zweitem Linsenabschnitt sowie der Maske zu einer einteiligen Abbildungslinse
- 132
- Entfernen von erster und zweiter Formhälfte sowie des Schiebers
- 134
- Einschieben der Maske in den Schlitz zwischen erstem und zweitem Linsenabschnitt
- 136
- Verschließen des Schlitzes mit geeignetem Material
- 138
- ein Aufbringen der Maske auf die Lichtaustrittsoberfläche oder die Lichteintrittsoberfläche des ersten oder zweiten Linsenabschnitts vor deren einteiliger Verbindung miteinander
- 140
- Anordnen der einteiligen Abbildungslinse vor der Lichtquelle zum direktem Empfangenen des divergenten Lichts
- 311
- Lichteintrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts
- 312
- Lichtaustrittsoberfläche des ersten Linsenabschnitts
- 321
- Lichteintrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts
- 322
- Lichtaustrittsoberfläche des zweiten Linsenabschnitts
- 331
- erster Bereich der Maske (nicht-transparent)
- 332
- zweiter Bereich der Maske (transparent)
- 333
- dritter Bereich der Maske (semi-transparent)
- D1
- Abstand Lichtquelle zu Abbildungslinse
- DL
- divergentes Licht
- LR
- Lichtausbreitungsrichtung
- L
- in Abbildungslinse eingetretenes Licht
