DE102018127610A1

DE102018127610A1 - Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins, Optikbaustein sowie Abbildungseinheit

Info

Publication number: DE102018127610A1
Application number: DE102018127610.9A
Authority: DE
Inventors: Mathias Drüppel; Bernd Fischer; Marc Kaup; Ralf Rochotzki
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-05-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins (21) für eine Abbildungseinheit (20) zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität für einen Scheinwerfer (1) eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Optikbaustein (21) für eine Abbildungseinheit (20) eines Scheinwerfers (1) eines Fahrzeugs sowie eine Abbildungseinheit (20) für einen Scheinwerfer (1) eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein (21).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins für eine Abbildungseinheit zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs, der Optikbaustein aufweisend einen Grundkörper, wobei der Grundkörper zum wenigstens teilweisen Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität zumindest einen Einkoppelabschnitt zum Einkoppeln eines Eingangslichtbündels mit einer Einkoppelrichtung in den Grundkörper, einen Auskoppelabschnitt zum Auskoppeln eines Ausgangslichtbündels mit einer Auskoppelrichtung aus dem Grundkörper sowie zumindest einen Reflexionsabschnitt zum internen Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels zum Auskoppelabschnitt aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Optikbaustein für eine Abbildungseinheit eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs, aufweisend einen Grundkörper, wobei ferner der Grundkörper zumindest einen Einkoppelabschnitt zum Einkoppeln eines Eingangslichtbündels mit einer Einkoppelrichtung in den Grundkörper, einen Auskoppelabschnitt zum Auskoppeln eines Ausgangslichtbündels mit einer Auskoppelrichtung aus dem Grundkörper sowie zumindest einen Reflexionsabschnitt zum internen Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels zum Auskoppelabschnitt aufweist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein.
In modernen Fahrzeugen ist es grundsätzlich bekannt, Abbildungseinheiten in einem Scheinwerfer einzusetzen. Durch derartige Abbildungseinheiten kann ein durch eine Lichtquelle bereitgestelltes Eingangslichtbündel verändert, geformt und anschließend nach außerhalb des Scheinwerfers projiziert werden. Eine besonders vielfältige und insbesondere auch genau definierbare Bereitstellung eine Leuchtfunktionalität eines Scheinwerfers kann auf diese Weise bereitgestellt werden. Insbesondere ist im Stand der Technik bekannt, für derartige Abbildungseinheiten mehrlinsige Optiksysteme einzusetzen. Eine Abbildungsfunktionalität mit hoher Güte, Genauigkeit und Schärfe kann dadurch bereitgestellt werden. Nachteilig bei den bekannten mehrlinsigen Optiksystemen hat sich herausgestellt, dass bei der Herstellung und/oder Montage einer Abbildungseinheit beziehungsweise dadurch insgesamt eines Scheinwerfers aufwendige Justageprozesse der einzelnen Linsen der Optiksysteme zueinander notwendig sind. Diese aufwendigen Justageprozesse sind nötig, um eine, zumeist vorgegebene, Abbildungsfunktionalität und deren vorgesehene Abbildungsgüte möglichst genau zu erreichen. Diese Justageprozesse weisen jedoch einen hohen Zeitaufwand auf, wodurch wiederum ein hoher Kostenaufwand bei der Montage und Herstellung von Scheinwerfern begründet ist. Gleichzeitig kann durch den nötigen Einsatz einer Vielzahl von optischen Bauteilen in einem derartigen Mehrlinsensystem eine Transmissionseffizienz der gesamten Abbildungseinheit vermindert sein.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins, bei Optikbausteinen sowie bei Abbildungseinheiten zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins für eine Abbildungseinheit, einen Optikbaustein für eine Abbildungseinheit sowie eine Abbildungseinheit bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Art und Weise einen Montage- und/oder Justageaufwand bei der Herstellung, insbesondere eines Scheinwerfers vermindern, wobei gleichzeitig eine Abbildungsfunktionalität mit besonders hoher Güte und insbesondere hoher Transmissionseffizienz bereitgestellt werden soll.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins für eine Abbildungseinheit gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Optikbaustein für eine Abbildungseinheit eines Scheinwerfers mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 11 sowie durch eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 12 gelöst.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Optikbaustein sowie der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins für eine Abbildungseinheit zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs, der Optikbaustein aufweisend einen Grundkörper, wobei der Grundkörper zum wenigstens teilweisen Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität zumindest einen Einkoppelabschnitt zum Einkoppeln eines Eingangslichtbündels mit einer Einkoppelrichtung in den Grundkörper, einen Auskoppelabschnitt zum Auskoppeln eines Ausgangslichtbündels mit einer Auskoppelrichtung aus dem Grundkörper sowie zumindest einen Reflexionsabschnitt zum internen Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels zum Auskoppelabschnitt aufweist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Einkoppelabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts zum Verbessern der Funktionalität des jeweiligen Abschnitts veredelt wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist zur Herstellung eines Optikbausteins für eine Abbildungseinheit vorgesehen. Eine derartige Abbildungseinheit wiederum kann insbesondere bevorzugt dahin gehend ausgebildet sein, dass durch sie für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs eine optische Abbildungsfunktionalität bereitgestellt werden kann. Insbesondere ist bei erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass der Optikbaustein einen Grundkörper aufweist, der zum zumindest teilweisen Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität des Optikbausteins und insbesondere der gesamten Abbildungseinheit ausgebildet ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die gesamte optische Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit allein oder zumindest im Wesentlichen allein durch den Grundkörper des verwendeten Optikbausteins bereitgestellt werden kann. Dafür weist der Grundkörper des Optikbausteins zumindest einen Einkoppelabschnitt auf, durch den ein Eingangslichtbündel mit einer Einkoppelrichtung in den Grundkörper eingekoppelt werden kann. Eine Einkoppelrichtung im Sinne der Erfindung kann insbesondere diejenige Richtung sein, in der eine Intensitätsverteilung des Eingangslichtbündels ein Maximum aufweist. Intern im Grundkörper wird das eingekoppelte Lichtbündel an zumindest einem Reflexionsabschnitt des Grundkörpers reflektiert, insbesondere in eine Richtung eines Auskoppelabschnitts des Grundkörpers. Durch den Auskoppelabschnitt wird das intern im Grundkörper reflektierte Lichtbündel als Ausgangslichtbündel mit einer Auskoppelrichtung ausgekoppelt. Auch die Auskoppelrichtung ist wiederum diejenige Richtung, in der eine Intensitätsverteilung des Ausgangslichtbündels ein Maximum aufweist. Durch die spezielle Formgebung des Einkoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts kann insbesondere bereitgestellt werden, dass durch den Grundkörper zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, die Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit bzw. des Optikbausteins bereitgestellt werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Oberfläche des Einkoppelabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts zum Verbessern der Funktionalität des jeweiligen Abschnitts veredelt wird. Eine Funktionalität eines Abschnitts kann insbesondere bei einem Einkoppelabschnitt oder einem Auskoppelabschnitt eine besonders hohe und verlustfreie oder zumindest verlustarme Transmission beziehungsweise bei einem Reflexionsabschnitt eine besonders gute und vollständige oder zumindest im Wesentlichen vollständige Reflexion sein. Ein Veredeln einer Oberfläche eines entsprechenden Abschnitts im Sinne der Erfindung kann zum Beispiel ein Aufbringen einer passenden Funktionsbeschichtung oder eine entsprechende Oberflächenbehandlung und/oder -strukturierung umfassen. Insgesamt kann durch eine Veredelung einer Oberfläche des jeweiligen Abschnitts eine Verbesserung der entsprechend durch den Abschnitt bereitgestellten Funktionalität bereitgestellt werden. Eine Effizienz des gesamten Optikbausteins, insbesondere eine Transmissionseffizienz hinsichtlich eines möglichst niedrigen, bevorzugt verschwindend kleinen, Unterschieds einer Intensität des Eingangslichtbündels im Vergleich zur Intensität des Ausgangslichtbündels, kann auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig gesteigert werden.
Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahin gehend ausgebildet sein, dass der Einkoppelabschnitt und/oder der Auskoppelabschnitt zum Vermindern einer Reflektivität des Einkoppelabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts durch Aufbringen einer Antireflexionsschicht veredelt werden. Bei einem ideal bzw. perfekt hergestellten Grundkörper kann ein Lichtbündel den Einkoppelabschnitt und den Auskoppelabschnitt jeweils vollständig durchdringen. Mit anderen Worten erfolgt am Einkoppelabschnitt und am Auskoppelabschnitt keinerlei Reflexion des einlaufenden Lichtbündels. Durch ein Aufbringen einer Antireflexionsschicht kann bereitgestellt werden, dass der durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellte Optikbaustein einen Grundkörper aufweist, der diesem Ideal möglichst nahekommt bzw. es insbesondere bevorzugt auch erreicht oder zumindest im Wesentlichen erreicht.
Des Weiteren kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Antireflexionsschicht eine Antireflexionsstruktur umfasst. Die veredelte Antireflexionsstruktur bewirkt, dass einfallende bzw. ausfallende Lichtbündel nicht an Einkoppelabschnitt bzw. dem Auskoppelabschnitt reflektiert werden, sondern ungehindert in das Innere des Grundkörpers eintreten können und entsprechend ungehindert aus dem Inneren des Grundkörpers wieder austreten können. Der Einkoppelabschnitt weist vorzugsweise an seiner dem Inneren des Grundkörpers abgewandten Seite eine veredelte Antireflexionsstrukturauf. Hierdurch wird verhindert, dass Lichtbündel beim Auftreffen auf den Einkoppelabschnitt an diesem reflektiert werden. Der Auskoppelabschnitt weist vorzugsweise an seiner dem Inneren des Grundkörpers zugewandten Seite eine veredelte Antireflexionsstruktur, auf. Hierdurch wird ebenfalls verhindert, dass Lichtbündel, die aus dem Grundkörper rausgehen, beim Auftreffen auf den Einkoppelabschnitt an diesem reflektiert werden. Die Antireflexionsstruktur sorgt vorzugsweise für eine Entspiegelung der Oberflächen des Einkoppelabschnitts bzw. des Auskoppelabschnitts, um so die Transmission von Lichtbündeln durch den Einkoppelabschnitt bzw. durch den Auskoppelabschnitt zu ermöglichen Die Antireflexionsschicht kann eine Antireflexionsbeschichtung mit zumindest ähnlichen Eigenschaften zusätzlich oder alternativ zur Antireflexionsstruktur aufweisen.
Besonders bevorzugt, kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Antireflexionsstruktur mittels Plasmaaktivierung und/oder während eines Urformprozesses geformt wird. Durch eine Plasmaaktivierung kann eine besonders effiziente Oberflächenmodifizierung und damit eine bessere Benetzbarkeit der Oberfläche des Einkoppelabschnitts bzw. des Auskoppelabschnitts erreicht werden. Ferner kann die Antireflexionsstruktur während eines Urformprozesses geformt werden. Beispielsweise kann die Antireflexionsstruktur durch ein Spritzgussverfahren oder ggf. auch Spritzpressen hergestellt werden.
Die Antireflexionsstruktur kann eine strukturierte Oberflächen sein, deren Abmessungen geringer sind als die Wellenlänge des Lichtes. Die Veredelung erzeugt eine sogenannte Oberflächentexturierung, wobei die Struktur des Einkoppelabschnitts bzw. des Auskoppelabschnitts modifiziert wird. Die texturierten Oberflächen können nach dem Zufallsprinzip oder mit regelmäßigen Mustern texturiert werden. Dabei können fotolithografischen Verfahren zum Einsatz kommen, um beispielsweise strukturierte Oberflächen mit regelmäßigen Mustern und Abmessungen im Subwellenlängenbereich zu schaffen, oder es können durch eine modifizierte Plasmaätzung nach dem Zufallsprinzip strukturierte Muster erzeugt werden. Durch derartige Verfahren kann eine veredelte Antireflexionsstruktur an dem Einkoppelabschnitt bzw. dem Auskoppelabschnitt geschaffen werden, die eine Transmission von Lichtbündeln durch den Einkoppelabschnitt bzw. durch den Auskoppelabschnitt ermöglichen und so vermeiden, dass Lichtbündel an dem Einkoppelabschnitt bzw. dem Auskoppelabschnitt reflektiert werden.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der zumindest eine Reflexionsabschnitt zum Erhöhen einer Reflektivität des zumindest einen Reflexionsabschnitts durch Aufbringen einer Reflexionsbeschichtung veredelt wird. Im Gegensatz zum Einkoppelabschnitt und zum Auskoppelabschnitt ist beim Reflexionsabschnitt ein vollständiges Reflektieren des einfallenden Lichtbündels gewünscht. Durch ein Aufbringen einer Reflexionsbeschichtung, beispielsweise einer Metallschicht, die Silber, Aluminium oder Ähnliches umfasst, kann eine Reflektivität des zumindest einen Reflexionsabschnitts derart erhöht werden, dass eine vollständige Reflexion des einfallenden Lichtbündels oder zumindest eine im Wesentlichen vollständige Reflexion des einfallenden Lichtbündels bereitgestellt werden kann.
Bevorzugt kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahin gehend weiterentwickelt sein, dass auf die Reflexionsbeschichtung auf einer dem Grundkörper abgewandten Seite eine Schutzbeschichtung aufgebracht wird. Wie oben beschrieben, ist die Reflexionsbeschichtung maßgeblich dafür eingesetzt, um eine idealerweise vollständige Reflexion des einfallenden Lichtbündels am zumindest einen Reflexionsabschnitt bereitstellen zu können. Durch eine Beschädigung der Reflexionsbeschichtung könnte dieses Ziel verfehlt werden. Durch eine auf einer dem Grundkörper abgewandten Seite der Reflexionsbeschichtung aufgebrachte Schutzbeschichtung, beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, kann eine Beschädigung der Reflexionsbeschichtung vermieden oder zumindest deutlich erschwert werden. Eine besonders lange Lebensdauer einer Reflexionsbeschichtung auf dem zumindest einen Reflexionsabschnitt kann auf diese Weise ermöglicht werden.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahin gehend weiterentwickelt sein, dass zwischen dem Grundkörper und der Reflexionsbeschichtung eine Antireflexionsschicht, wie z.B. eine Antireflexionsstruktur und/oder Antireflexionsbeschichtung, angeordnet wird. Um eine Abbildungsfunktionalität mit einer besonders hohen Güte bereitstellen zu können, ist es insbesondere notwendig, dass die interne Reflexion der Lichtbündel im Inneren des Grundkörpers an den Reflexionsabschnitten besonders definiert erfolgt. Eine Reflexion an den Reflexionsabschnitten kann insbesondere, wie oben beschrieben, durch die Reflexionsbeschichtung bereitgestellt werden. Ein kleiner Teil des einlaufenden Lichtbündels kann jedoch auch bereits an der Grenzfläche des Grundkörpers selbst reflektiert werden. Durch eine auf den Grundkörper vor der Reflexionsbeschichtung aufgebrachten Antireflexionsschicht kann diese störende Reflexion an der Grenzfläche des Grundkörpers unterdrückt werden. Eine Steigerung einer Güte der Abbildungsfunktionalität, die durch den Grundkörper bzw. den Optikbaustein bereitgestellt werden kann, kann auf diese Weise erhöht werden.
Auch kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ferner vorgesehen sein, dass am zumindest einen Reflexionsabschnitt ein Auskoppelbereich zum Auskoppeln eines Teilbündels des Lichtbündels aus dem Optikbaustein angeordnet und/oder gebildet wird. Ein derartiger Auskoppelbereich kann beispielsweise durch ein Freihalten einer kleinen Fläche in der aufgebrachten Reflexionsbeschichtung bereitgestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass das auf den Reflexionsabschnitt auftreffende einfallende Lichtbündel im Bereich des Auskoppelbereichs nicht reflektiert wird, sondern aus dem Grundkörper austritt. Dieses kleine Teilbündel kann im Folgenden beispielsweise einer Diagnoseeinheit zugeführt werden, um eine Überwachung der Funktionalität des Optikbausteins, der Abbildungseinheit und/oder des gesamten Scheinwerfers bereitstellen zu können durch beispielsweise eine Bestimmung und/oder Messung von Parametern beim Betrieb der Abbildungseinheit und/oder des Scheinwerfers.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass auf dem Einkoppelabschnitt ein Pupillenelement zum definierten Formen des eingekoppelten Lichtbündels aufgebracht wird. Durch ein derartiges Pupillenelement, das beispielsweise durch eine lichtundurchlässige Abschattung auf dem Einkoppelabschnitt, insbesondere an dessen Rand, gebildet wird, kann insbesondere bereitgestellt werden, dass das durch den Einkoppelabschnitt in den Grundkörper eingekoppelte Lichtbündel eine fest vorgegebene undefinierte Form aufweist. Auch auf diese Weise kann eine Güte der bereitgestellten Abbildungsfunktionalität weiter gesteigert werden.
Besonders bevorzugt kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahin gehend weiterentwickelt sein, dass die Antireflexionsschicht, vor allem die Antireflexionsbeschichtung, aber auch die Antireflexionsstruktur, und/oder insbesondere die Reflexionsbeschichtung und/oder das Pupillenelement durch eines der folgenden Verfahren angeordnet werden:

- Aufdampfen
- Aufsputtern
- Auflackieren

Diese Liste ist nicht abgeschlossen, sodass auch weitere Verfahren verwendet werden können, um die entsprechenden Elemente auf dem Grundkörper anzuordnen.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass der Grundkörper unter Verwendung zumindest eines der folgenden transparenten Materialien hergestellt wird:

- PMMA (Polymethylmethacrylat)
- PC (Polycarbonat)
- Glasmaterial

Diese Liste ist nicht abgeschlossen, sodass, solang technisch sinnvoll und möglich, auch weitere transparente Materialien für die Herstellung des Grundkörpers verwendet werden können. Insbesondere kann durch eine Wahl des verwendeten transparenten Materials dahin gehend beeinflusst sein, welchen Brechungsindex das jeweilige Material aufweist. Auch auf diese Weise kann die bereits durch den Grundkörper bereitgestellte Abbildungsfunktionalität beeinflusst werden.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahingehend ausgebildet sein, dass der Grundkörper des Optikbausteins monolithisch hergestellt wird. Monolithisch im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass der Grundkörper einstückig bzw. aus einem Stück bestehend ausgebildet ist. Ferner ist der Grundkörper durch seine monolithische Ausgestaltung zusammenhängend und fugenlos ausgebildet. Mit anderen Worten sind die optisch aktiven Flächen des Grundkörpers, insbesondere der Einkoppelabschnitt, der Auskoppelabschnitt und der zumindest eine Reflexionsabschnitt, somit als Teile des einstückigen Grundkörpers ausgebildet. Auf diese Weise kann bereits bei der Herstellung des Grundkörpers die für eine Bereitstellung der Abbildungsfunktionalität notwendige Präzision einer Positionierung der einzelnen optisch aktiven Flächen des Grundkörpers zueinander bereitgestellt werden. Eine aufwendige Justage, wie es insbesondere bei einem Mehrlinsensystem gemäß dem Stand der Technik nötig ist, kann auf diese Weise vermieden werden. Insbesondere eine Herstellung und/oder Montage eines Scheinwerfers, in dem eine Abbildungseinheit mit einem Optikbaustein, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, eingesetzt wird, kann auf diese Weise vereinfacht, beschleunigt und insbesondere kostengünstiger bereitgestellt werden.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass bei der Herstellung des Grundkörpers der Einkoppelabschnitt und/oder der Auskoppelabschnitt und/oder der zumindest eine Reflexionsabschnitt sphärisch und/oder asphärisch und/oder als Freiform ausgebildet werden. Durch diese verschiedenen Ausgestaltungsformen des Einkoppelabschnitts, des Auskoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts als optisch aktive Flächen des Grundkörpers können insbesondere eine große Variabilität der bereitstellbaren Abbildungsfunktionalität ermöglicht werden. Auch können beispielsweise Aberrationen und/oder Abbildungsfehler durch eine entsprechende Ausgestaltung des Einkoppelabschnitts, des Auskoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts vermieden oder zumindest deutlich verkleinert werden. Je nach Einsatzort und/oder -zweck kann somit eine besonders gut angepasste Abbildungsfunktionalität durch eine entsprechend passende Ausgestaltung des Einkoppelabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts bereitgestellt werden.
Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Verfahren dahin gehend ausgebildet sein, dass bei der Herstellung des Grundkörpers ein erster Reflexionsabschnitt und ein zweiter Reflexionsabschnitt zum aufeinanderfolgenden Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels ausgeformt werden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist insbesondere dahin gehend ausgebildet, dass zumindest ein Reflexionsabschnitt am Grundkörper ausgeformt bzw. angeformt wird. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere zwei Reflexionsabschnitte, die zum aufeinanderfolgenden Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels ausgebildet sind, für eine Vielzahl von Abbildungsfunktionalitäten, insbesondere mit hoher Abbildungsgüte vorhanden sind. Diese Anzahl hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da zum einen eine Komplexität des Grundkörpers durch die geringe Anzahl an Reflexionsabschnitten noch nicht übermäßig gesteigert, und dennoch eine besonders variable und insbesondere mit hoher Güte ausgestattete Abbildungsfunktionalität bereits allein durch den Optikbaustein und dessen monolithisch ausgebildeten Grundkörper für die Abbildungseinheit bereitgestellt werden kann. Ein aufeinanderfolgendes Reflektieren im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass das Lichtbündel, kommend vom Einkoppelabschnitt am ersten Reflexionsabschnitt in Richtung des zweiten Reflexionsabschnitts reflektiert werden, wobei sie im Folgenden vom zweiten Reflexionsabschnitt in Richtung des Auskoppelabschnitts reflektiert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Optikbaustein für die Abbildungseinheit eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs, aufweisend einen Grundkörper, wobei ferner der Grundkörper zumindest einen Einkoppelabschnitt zum Einkoppeln eines Eingangslichtbündels mit einer Einkoppelrichtung in den Grundkörper, einen Auskoppelabschnitt zum Auskoppeln eines Ausgangslichtbündels mit einer Auskoppelrichtung aus dem Grundkörper sowie zumindest einen Reflexionsabschnitt zum internen Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels zum Auskoppelabschnitt aufweist. Ein erfindungsgemäßer Optikbaustein ist dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein durch ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist. Ein erfindungsgemäßer Optikbaustein gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist somit sämtliche Vorteile auf, die bereits ausführlich in Bezug auf ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, durch das ein Optikbaustein gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein. Eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Sämtliche Vorteile, die in Bezug auf einen Optikbaustein gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und somit insbesondere auch in Bezug auf ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Herstellung eines Optikbausteins gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, können somit auch durch eine Abbildungseinheit gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung bereitgestellt werden, das einen derartigen Optikbaustein aufweist.
Eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit kann dahin gehend weiterentwickelt sein, dass der Optikbaustein zum Bereitstellen der optischen Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit oder zumindest im Wesentlichen zum Bereitstellen der optischen Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird die gesamte oder zumindest im Wesentlichen gesamte Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit durch den Optikbaustein, insbesondere den Grundkörper des Optikbausteins, bereitgestellt. Durch die Veredelung zumindest einer Oberfläche des Einkoppelabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts kann diese Abbildungsfunktionalität insbesondere mit einer besonders hohen Transmissionseffizienz bereitgestellt werden. Insbesondere in einer Ausgestaltungsform, in welcher der Optikbaustein, insbesondere dessen Grundkörper, monolithisch ausgebildet ist und somit die relative Positionierung der optisch aktiven Flächen, insbesondere des Einkoppelabschnitts, des Auskoppelabschnitts und des zumindest einen Reflexionsabschnitts zueinander bereits eingestellt sind, entfällt somit auch die Notwendigkeit von aufwändigen Justageprozessen dieser optisch aktiven Komponenten relativ zueinander. Aufwendige Justagevorgänge, wie sie insbesondere bei Mehrlinsensystemen gemäß dem Stand der Technik nötig sind, können auf diese Weise vermieden werden. Die monolithische Ausgestaltung des Grundkörpers des Optikbausteins ermöglicht insbesondere, dass die optische Abgrenzungsfunktionalität mit hoher Güte und Präzision bereitgestellt wird, wobei die dafür nötige Genauigkeit bei der Anordnung der optischen aktiven Elemente, insbesondere des Einkoppelabschnitts, des Auskoppelabschnitts sowie des zumindest einen Reflexionsabschnitts des Grundelements des Optikbausteins, bereits bei der Herstellung des monolithischen Grundkörpers sichergestellt werden können.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheit und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und/oder Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:

1 eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit,
2 ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer in einer ersten Ansicht, und
3 ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer in einer zweiten Ansicht.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit 20 mit einem Optikbaustein 21, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Insbesondere ist der dargestellte Optikbaustein 21 zum wenigstens teilweisen, bevorzugt vollständigen, Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität der gesamten Abbildungseinheit 20 ausgebildet. Bevorzugt kann, wie dargestellt, der Grundkörper 30 des Optikbausteins 21 monolithisch hergestellt sein. Für die zumindest teilweise Bereitstellung der Abbildungsfunktionalität ist am Optikbaustein 21, insbesondere an dessen monolithisch ausgebildetem Grundkörper 30, ein Einkoppelabschnitt 31 angeformt, durch den ein Eingangslichtbündel 50 mit einer Einkoppelrichtung 60 ins Innere des Grundkörpers 30 eingekoppelt werden kann. Am Grundkörper 30 sind ferner zumindest ein Reflexionsabschnitt 32, 33 angeformt, wie dargestellt bevorzugt zwei Reflexionsabschnitte 32, 33. An diesen werden intern das eingekoppelte Lichtbündel reflektiert und insbesondere in Richtung eines ebenfalls am Grundkörper 30 angeformten Auskoppelabschnitts 35 gelagert. Aus diesem Auskoppelabschnitt 35 wird das Lichtbündel als Ausgangslichtbündel 51 mit einer Auskoppelrichtung 61 wieder abgegeben. Wie dargestellt, können, insbesondere durch das Vorhandensein der Reflexionsabschnitte 32, 33, die Einkoppelrichtung 60 und die Auskoppelrichtung 61 einen Winkel aufweisen, der kleiner ist als 180°, bevorzugt sogar kleiner als 90°. Zum Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität können die einzelnen Abschnitte des Grundkörpers 30, insbesondere der Einkoppelabschnitt 31, der Auskoppelabschnitt 35 sowie die Reflexionsabschnitte 32, 33, beispielsweise sphärisch, asphärisch und/oder als Freiform ausgeformt werden. Erfindungsgemäß ist eine Oberfläche zumindest eines, bevorzugt aller, Abschnitte 31, 32, 33, 35, veredelt, um eine entsprechende Funktionalität des jeweiligen Abschnitts zu verbessern. Insbesondere eine besonders hohe, insbesondere ideale oder zumindest im Wesentlichen ideale, Transmissionseffizienz kann auf diese Weise durch einen erfindungsgemäßen Optikbaustein 21 bereitgestellt werden. Um eine Reflexion des Eingangslichtbündels 50 am Einkoppelabschnitt 31 zu verhindern oder zumindest zu vermindern, kann der Einkoppelabschnitt 31 mit einer Antireflexionsschicht 40, 41 veredelt werden. Darüber hinaus kann am Einkoppelabschnitt 31 ein Pupillenelement 44 angeordnet werden, beispielsweise als eine lichtundurchlässige definierte Umrahmung des Einkoppelabschnitts 31. Um eine besonders gute Reflektivität der Reflexionsabschnitte 32, 33 bereitstellen zu können, können diese insbesondere auf einer Außenseite des Grundkörpers 30, durch eine Reflexionsbeschichtung 42 veredelt werden. Eine auf einer dem Grundkörper 30 abgewandten Seite der Reflexionsbeschichtungen 42 angeordnete Schutzbeschichtung 43 kann ebenfalls angeordnet werden, insbesondere um eine Beschädigung der Reflexionsbeschichtungen 42 zu vermeiden. Eine zusätzliche Antireflexionsschicht 40 zwischen dem Grundkörper 30 und der jeweiligen Reflexionsbeschichtung 42 ermöglicht weiter eine besonders gute und insbesondere bevorzugt nur durch die Reflexionsbeschichtung 42 bereitgestellte Reflexion des intern vorhandenen Lichtbündels an den Reflexionsabschnitten 32, 33. An zumindest einem der beiden Reflexionsabschnitte 32, 33 kann darüber hinaus ein Auskoppelbereich 34 angeformt oder gebildet werden, beispielsweise durch einen nicht beschichteten Bereich des jeweiligen Reflexionsabschnitts 32, 33. Durch einen derartigen Auskoppelbereich 34 kann insbesondere bereitgestellt werden, ein Teilbündel 52 aus dem Grundkörper 30 auszukoppeln, beispielsweise für Diagnosezwecke. Neben der beschriebenen Reflexion an der Reflexionsbeschichtung 42 können die beiden Reflexionsabschnitte 32, 33 alternativ oder zusätzlich auch zum Bereitstellen einer Totalreflexion des intern im Grundkörper 30 vorhandenen Lichtbündels ausgebildet sein. Schlussendlich wird das intern im Grundkörper 30 vorhandene Lichtbündel dem Auskoppelabschnitt 35 zugeleitet, und dort als Ausgangslichtbündel 51 mit einer Auskoppelrichtung 61 ausgekoppelt. Um eine Zurückreflexion des Lichtbündels am Auskoppelabschnitt 35 zurück in den Grundkörper 30 zu vermeiden, kann auch der Auskoppelabschnitt 35 durch eine Antireflexionsschicht 40, 41 veredelt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Antireflexionsschicht 40, 41 als eine Antireflexionsstruktur ausgebildet. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann sie aber auch zusätzlich oder alternativ hierzu eine Antireflexionsbeschichtung aufweisen.
Deutlich sichtbar ist in 1, dass der Grundkörper 30 den Optikbausteins 21 bevorzugt monolithisch hergestellt wird. Als Material für den Grundkörper 30 kann insbesondere beispielsweise ein PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat) und/oder ein Glasmaterial verwendet werden. Durch die monolithische Ausgestaltung des Grundkörpers 30 kann insbesondere bereitgestellt werden, dass aufwendige Justagevorgänge, die bei mehrlinsigen Optiksystemen gemäß dem Stand der Technik notwendig sind, um eine Abbildungsfunktionalität mit einer vorgegebenen Güte bereitstellen zu können, vermieden werden. Bereits durch die Herstellung des monolithischen Grundkörpers 30 wird die durch ihn bereitstellbare Abbildungsfunktionalität zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, festgelegt, wobei durch die spezielle und präzise Ausgestaltung insbesondere des Einkoppelabschnitts 31, der Reflexionsabschnitte 32, 33 sowie des Auskoppelabschnitts 35 eine Qualität und/oder Güte der Abbildungsfunktionalität der Abbildungsfunktionalität festgelegt und bereitgestellt werden kann. Insgesamt kann auf diese Weise eine Herstellung und/oder Justage einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit 20 deutlich schneller und insbesondere auch kostengünstiger durchgeführt werden.
In den 2 und 3 ist ein Scheinwerfer 1 gezeigt, in dem eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit 20 verbaut ist, wie sie beispielhaft in 1 gezeigt ist. Für eine Beschreibung der Einzelheiten der abgebildeten Abbildungseinheit 20, insbesondere des Optikbausteins 21 und des Grundkörpers 30 des Optikbausteins 21 der Abbildungseinheit 20, wird hier auf 1 verwiesen. In 2 ist eine Ansicht der einzelnen Bauelemente des Scheinwerfers 1, gezeigt, in 3 insbesondere eine Anzahl von möglichen Lichtwegen in einem derartigen Scheinwerfer 1. Die beiden 2 und 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben, wobei auf die Einzelheiten jeweils separat eingegangen wird.
Der abgebildete Scheinwerfer 1 weist insbesondere neben der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit 20 eine Lichtquelleneinheit 10 auf. Diese Lichtquelleneinheit 10 weist insbesondere eine Lichtquelle 1 sowie eine Lichtquellenoptik 12 auf. Durch diese Lichtquellenoptik 12 wird ein Lichtquellenlichtbündel 53 erzeugt und in der dargestellten Ausgestaltungsform eines Scheinwerfers 1, insbesondere einem Spiegelelement 2, das bevorzugt als ein digitales Mikrospiegelelement ausgebildet sein kann, zugeführt. Am Spiegelelement 2 wird das Lichtquellenlichtbündel 53 gesteuert und kontrolliert reflektiert und als Eingangslichtbündel 50 der Abbildungseinheit 20 zugeführt. In der Abbildungseinheit 20 wird durch deren Abbildungsfunktionalität das Eingangslichtbündel 50 auf das Ausgangslichtbündel 51 abgebildet, das dann den Scheinwerfer 1 verlässt. Dies ist insbesondere in 3 deutlich sichtbar. In 3 ist für eine Vielzahl von Lichtstrahlen der jeweilige Lichtweg eingezeichnet. Für eine bessere Übersicht sind von den verwendeten Elementen des Scheinwerfers 1 nur einige wenige beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Deutlich sichtbar ist, dass die Lichtwege der einzelnen Lichtstrahlen, ausgehend von der Lichtquelle 11 der Lichtquelleneinheit 10 über das Lichtquellenbündel 53, das Eingangslichtbündel 50 bis hin zum Ausgangslichtbündel 51 der gesamte Lichtweg zumindest im Wesentlichen Z-förmig ausgebildet ist. Eine besonders kompakte Ausgestaltung eines Scheinwerfers 1 kann auf diese Weise bereitgestellt werden. Auch ist deutlich sichtbar, dass, beispielsweise in Bezug auf die Auskoppelrichtung 61 des Ausgangslichtbündels 51 erkennbar, das Spiegelelement 2 unterhalb der Abbildungseinheit 20 angeordnet ist. Eine besonders gute Kühlung des Spiegelelements 2, beispielsweise durch Fahrtwind, und insgesamt ein besonders vorteilhaftes Thermomanagement für das Spiegelelement 2 kann auf diese Weise bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Scheinwerfer
2: Spiegelelement
10: Lichtquelleneinheit
11: Lichtquelle
12: Lichtquellenoptik
20: Abbildungseinheit
21: Optikbaustein
30: Grundkörper
31: Einkoppelabschnitt
32: erster Reflexionsabschnitt
33: zweiter Reflexionsabschnitt
34: Auskoppelbereich
35: Auskoppelabschnitt
40: Antireflexionsschicht
41: Antireflexionsschicht
42: Reflexionsbeschichtung
43: Schutzbeschichtung
44: Pupillenelement
50: Eingangslichtbündel
51: Ausgangslichtbündel
52: Teilbündel
53: Quellenlichtbündel
60: Einkoppelrichtung
61: Auskoppelrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Optikbausteins (21) für eine Abbildungseinheit (20) zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität für einen Scheinwerfer (1) eines Fahrzeugs, der Optikbaustein (21) aufweisend einen Grundkörper (30), wobei der Grundkörper (30) zum wenigstens teilweisen Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität zumindest einen Einkoppelabschnitt (31) zum Einkoppeln eines Eingangslichtbündels (50) mit einer Einkoppelrichtung (60) in den Grundkörper (30), einen Auskoppelabschnitt (35) zum Auskoppeln eines Ausgangslichtbündels (51) mit einer Auskoppelrichtung (61) aus dem Grundkörper (30) sowie zumindest einen Reflexionsabschnitt (32, 33) zum internen Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt (31) eingekoppelten Lichtbündels zum Auskoppelabschnitt (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Einkoppelabschnitts (31) und/oder des Auskoppelabschnitts (52) und/oder des zumindest einen Reflexionsabschnitts (32, 33) zum Verbessern der Funktionalität des jeweiligen Abschnitts (31, 32, 33, 35) veredelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelabschnitt (31) und/oder der Auskoppelabschnitt (35) zum Vermindern einer Reflektivität des Einkoppelabschnitts (31) und/oder des Auskoppelabschnitts (35) durch Aufbringen einer Antireflexionsschicht (40, 41) veredelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antireflexionsschicht (40, 41) eine Antireflexionsstruktur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antireflexionsstruktur mittels Plasmaaktivierung und/oder während eines Urformprozesses geformt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Reflexionsabschnitt zum Erhöhen einer Reflektivität des zumindest einen Reflexionsabschnitts durch Aufbringen einer Reflexionsbeschichtung (42) veredelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Reflexionsbeschichtung (42) auf einer dem Grundkörper (30) abgewandten Seite eine Schutzbeschichtung (43) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (30) und der Reflexionsbeschichtung (42) eine Antireflexionsschicht (40) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zumindest einen Reflexionsabschnitt ein Auskoppelbereich (34) zum Auskoppeln eines Teilbündels (52) des Lichtbündels aus dem Optikbaustein (21) angeordnet und/oder gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2, 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antireflexionsschicht (40, 41) und/oder die Reflexionsbeschichtung (42) durch eines der folgenden Verfahren angeordnet werden: - Aufdampfen - Aufsputtern - Auflackieren
Optikbaustein (21) für eine Abbildungseinheit (20) eines Scheinwerfers (1) eines Fahrzeugs, aufweisend einen Grundkörper (30), wobei ferner der Grundkörper (30) zumindest einen Einkoppelabschnitt (31) zum Einkoppeln eines Eingangslichtbündels (50) mit einer Einkoppelrichtung (60) in den Grundkörper (30), einen Auskoppelabschnitt (35) zum Auskoppeln eines Ausgangslichtbündels (51) mit einer Auskoppelrichtung (61) aus dem Grundkörper (30) sowie zumindest einen Reflexionsabschnitt (32, 33) zum internen Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt (31) eingekoppelten Lichtbündels zum Auskoppelabschnitt (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein (21) durch ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt ist.
Abbildungseinheit (20) für einen Scheinwerfer (1) eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein (21), dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein (21) nach Anspruch 10 ausgebildet ist.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein (21) zum Bereitstellen der optischen Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit (20) oder zumindest im Wesentlichen zum Bereitstellen der optischen Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit (20) ausgebildet ist.