DE102018127689A1

DE102018127689A1 - Abbildungseinheit sowie Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102018127689A1
Application number: DE102018127689.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Fischer; Marc Kaup; Mathias Drüppel; Dennis Ochse; Michael Degel
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA; Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-05-07
Also published as: CN111140815A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungseinheit (20) für einen Scheinwerfer (1) eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein (21). Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Scheinwerfer (1) für ein Fahrzeug, aufweisend eine Lichtquelleneinheit (10) mit einer Lichtquelle (11) und einer Lichtquellenoptik (12) zum Bereitstellen eines Eingangslichtbündels (50) sowie eine Abbildungseinheit (20) zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, wobei durch die Abbildungsfunktionalität das Eingangslichtbündel (50) auf ein Ausgangslichtbündel (51) abbildbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug, aufweisend eine Lichtquelleneinheit mit einer Lichtquelle und eine Lichtquellenoptik zum Bereitstellen eines Eingangslichtbündels sowie eine Abbildungseinheit zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, wobei durch die Abbildungsfunktionalität das Eingangslichtbündel auf ein Ausgangslichtbündel abbildbar ist.
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 einer 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.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei Abbildungseinheiten sowie bei Scheinwerfern zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs sowie einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Art und Weise eine besonders genaue und insbesondere vorgegebene Abbildungsfunktionalität bereitstellen, wobei ein Montage- und/oder Justageaufwand bei der Herstellung der Abbildungseinheit bzw. des Scheinwerfers verringert werden kann.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer 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 eine Abbildungseinheit für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein. Eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein einen monolithisch ausgebildeten Grundkörper aufweist, wobei ferner 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.
Eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit ist für einen Einsatz in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs vorgesehen. Durch die Abbildungseinheit kann eine optische Abbildungsfunktionalität des Scheinwerfers bereitgestellt werden. Mit anderen Worten wird durch die Abbildungseinheit ein von einer Lichtquelleneinheit kommendes Eingangslichtbündel aufgenommen, insbesondere entsprechend von Vorgaben verändert und wieder abgestrahlt. Auf diese Weise kann eine durch den Scheinwerfer des Fahrzeugs bereitzustellende Beleuchtungsfunktionalität in großer Variabilität realisiert werden. Insbesondere weist eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit einen Optikbaustein auf. Ein derartiger Optikbaustein kann insbesondere beispielsweise aus einem transparenten Material gefertigt sein und selbst zum Verändern des von der Lichtquelleneinheit kommenden Lichtbündels ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Optikbaustein einen monolithisch ausgebildeten Grundkörper aufweist. Monolithisch ausgebildet im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass der Optikbaustein zusammenhängend und insbesondere einstückig ausgebildet ist. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Grundkörper zumindest teilweise zum Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität der gesamten Abbildungseinheit vorgesehen ist. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die gesamte optische Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit allein oder zumindest im Wesentlichen allein durch den Grundkörper bereitgestellt werden kann. Für diesen Zweck weist der Grundkörper des Optikbausteins der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit zumindest einen Einkoppelabschnitt, einen Auskoppelabschnitt und einen dazwischen angeordneten Reflexionsabschnitt auf. Durch den Einkoppelabschnitt kann ein Eingangslichtbündel, kommend von der Lichtquelleneinheit eines Scheinwerfers, ins Innere des Grundkörpers eingekoppelt werden. Das Eingangslichtbündel weist insbesondere eine Einkoppelrichtung auf. Eine Einkoppelrichtung im Sinne der Erfindung kann insbesondere diejenige Richtung sein, in der eine Intensitätsverteilung des Eingangslichtbündels ein Maximum aufweist. Im Inneren des Grundkörpers, der bevorzugt wie oben beschrieben transparent ausgebildet ist, breitet sich das Lichtbündel aus und wird am zumindest einen Reflexionsabschnitt intern reflektiert. Dieses interne Reflektieren wird insbesondere derart vorgenommen, dass das Lichtbündel zum Auskoppelabschnitt des Grundkörpers des Optikbausteins gerichtet reflektiert wird. Im Anschluss kann dadurch ermöglicht werden, dass das Lichtbündel aus dem Inneren des Grundkörpers durch den Auskoppelabschnitt wieder aus dem Grundkörper ausgekoppelt wird, insbesondere aufweisend dann eine Auskoppelrichtung. Auch die Auskoppelrichtung ist wiederum diejenige Richtung, in der eine Intensitätsverteilung des Ausgangslichtbündels ein Maximum aufweist. Durch die jeweilige Formgebung, insbesondere dreidimensionale Formgebung, sowohl des Einkoppelabschnitts, des zumindest einen Reflexionsabschnitts als auch des Auskoppelabschnitts kann bereitgestellt werden, dass der Optikbaustein zum wenigstens teilweisen Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität der gesamten Abbildungseinheit ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann durch den monolithisch und dadurch einstückig ausgebildeten Grundkörper des Optikbausteins ein aufwendiges Meerlinsensystem in den bekannten Abbildungseinheiten des Standes der Technik ersetzt oder wenigstens teilweise werden. Aufwendige Justage- und Montageprozesse, die bei derartigen mehrlinsigen Optiksystemen nötig sind, können somit vermieden oder zumindest vermindert werden. Bereits bei der Herstellung des monolithisch ausgebildeten Grundkörpers des Optikbausteins der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit können die für die Bereitstellung der Abbildungsfunktionalität beziehungsweise deren Güte nötigen Präzisionen, insbesondere bezüglich des Einkoppelabschnitts, des Auskoppelabschnitts sowie des zumindest einen Reflexionsabschnitts, bereit- und sichergestellt werden. Eine Herstellung und/oder Montage einer Abbildungseinheit und in Folge auch eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug kann auf diese Weise vereinfacht und insbesondere kostengünstiger bereitgestellt werden.
Insbesondere kann bei einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit vorgesehen sein, dass die Einkoppelrichtung und die Auskoppelrichtung einen Bausteinwinkel einschließen, der kleiner als ca. 180°, insbesondere kleiner als 120°, bevorzugt kleiner als 90°, ausgebildet ist. Bei bekannten mehrlinsigen Optiksystemen ist der Winkel zwischen einer Einkoppelrichtung und einer Auskoppelrichtung zumeist zumindest im Wesentlichen 180°. Durch eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit, insbesondere durch die Reflexion am Reflexionsabschnitt des Grundkörpers, können insbesondere auch kleinere Winkel zwischen der Einkoppelrichtung und der Auskoppelrichtung bereitgestellt werden, besonders bevorzugt sogar Winkel kleiner als 90°. Einschränkungen bei der Planung und Konstruktion von Abbildungseinheiten bzw. Scheinwerfern können dadurch vermieden werden, wobei insbesondere beispielsweise auch besonders kompakte Abbildungseinheiten und in Folge auch Scheinwerfer mit einem besonders geringem Bauraumbedarf für Fahrzeuge ermöglicht werden können.
Besonders bevorzugt kann eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit dahingehend ausgebildet sein, dass der Einkoppelabschnitt und/oder der Auskoppelabschnitt und/oder der zumindest eine Reflexionsabschnitt sphärisch und/oder asphärisch und/oder als Freiform ausgebildet sind. Auf diese Weise kann insbesondere bereitgestellt werden, dass eine besonders große Bandbreite an bereitstellbaren Abbildungsfunktionalitäten bereits durch den Grundkörper ermöglicht werden kann. 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. Die durch den Grundkörper des Optikbausteins der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit zumindest teilweise bereitgestellte Abbildungsfunktionalität kann auf diese Weise weiter verbessert werden.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit vorgesehen sein, dass der Grundkörper einen ersten Reflexionsabschnitt und einen zweiten Reflexionsabschnitt zum aufeinanderfolgenden Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt eingekoppelten Lichtbündels aufweist. Mit anderen Worten kann besonders bevorzugt der Grundkörper eines Optikbausteins einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit zwei Reflexionsabschnitte aufweisen. 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.
Auch kann eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit dahingehend ausgebildet sein, dass der Einkoppelabschnitt und/oder der Auskoppelabschnitt zumindest abschnittsweise eine Antireflexionsbeschichtung zum Vermeiden einer Reflektivität des Einkoppelabschnitts und/oder des Auskoppelabschnitts aufweisen. Durch eine derartige Antireflexionsbeschichtung kann insbesondere vermieden werden, dass zum einen das einlaufende Eingangslichtbündel teilweise an der Oberfläche des Einkoppelabschnitts reflektiert und somit nicht ins Innere des Grundkörpers eingekoppelt werden kann. Analog dazu kann durch eine Antireflexionsbeschichtung am Auskoppelabschnitt vermieden werden, dass beim Auskoppeln des intern reflektierten Lichtbündels zum Ausgangslichtbündel eine erneute teilweise Reflexion am Auskoppelabschnitt wieder zurück in den Grundkörper auftritt. Eine Güte der durch den Grundkörper des Optikbausteins bereitgestellten Abbildungsfunktionalität und insbesondere eine besonders geringer Intensitätsverlust des insgesamt bereitgestellten Lichts beim Durchlaufen des Grundkörpers des Optikbausteins können auf diese Weise sichergestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann bei einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit vorgesehen sein, dass der zumindest eine Reflexionsabschnitt zum wenigstens teilweisen Totalreflektieren des Lichtbündels ausgebildet ist. Eine Totalreflexion des Lichtbündels kann insbesondere bei speziellen Gegebenheiten, insbesondere bezüglich eines Einfallwinkels des Lichtbündels auf den Reflexionsabschnitt und eines Unterschieds der Brechungsindizes an der Grenzfläche des Reflexionsabschnitts, auftreten. Durch das zumindest teilweise Ermöglichen einer Totalreflexion kann eine Bandbreite an möglichen Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit, insbesondere eines Grundkörpers eines Optikbausteins einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit, erweitert werden.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit vorgesehen sein, dass der Einkoppelabschnitt ein Pupillenelement zum Beschneiden und/oder Formen des eingekoppelten Lichtbündels aufweist. Das eingekoppelte Lichtbündel wird zumeist durch eine Lichtquelleneinheit eines Scheinwerfers bereitgestellt. Um ein besonders definiertes Eingangslichtbündel bereitzustellen, kann ein Pupillenelement, beispielsweise eine lichtundurchlässige Abschattung am Rand des Einkoppelabschnitts, vorgesehen sein. Auf diese Weise kann das Eingangslichtbündel besonders genau und insbesondere reproduzierbar bereitgestellt werden. Auch dadurch kann die Güte einer bereitgestellten Abbildungsfunktionalität der erfindungsgemäßen Abbildungseinheit erhöht werden.
Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit dahingehend ausgebildet sein, dass zumindest der Grundkörper eines der folgenden transparenten Materialien umfasst:

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

Diese Liste ist nicht abgeschlossen, sodass, falls technisch sinnvoll und möglich, auch weitere transparente Materialien zur Herstellung des Grundkörpers eingesetzt werden können. Insbesondere können die verwendeten Materialien gemäß ihrer Verarbeitbarkeit und/oder ihres Brechungsindex ausgewählt werden.
Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit ferner vorgesehen 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 Abbildungsfunktionalität der Abbildungseinheit nur oder zumindest im Wesentlichen nur durch den Optikbaustein bereitgestellt. Weitere optische Elemente, beispielsweise Linsen oder Ähnliches, sind in dieser besonders bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit nicht oder zumindest nur unwesentlich nötig. Da 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, entfällt somit auch die Notwendigkeit von aufwändigen Justageprozessen dieser optisch aktiven Komponenten relativ zueinander. Ein Montageaufwand, insbesondere hinsichtlich von Zeit und Kosten, kann auf diese Weise bei einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit und folglich auch bei Scheinwerfern mit einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit weiter reduziert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug, aufweisend eine Lichtquelleneinheit mit einer Lichtquelle und einer Lichtquellenoptik zum Bereitstellen eines Eingangslichtbündels sowie eine Abbildungseinheit zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, wobei durch die Abbildungsfunktionalität das Eingangslichtbündel auf ein Ausgangslichtbündel abbildbar ist. Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Sämtliche Vorteile, die ausführlich in Bezug auf eine Abbildungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, können somit auch durch einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug bereitgestellt werden, der eine derartige Abbildungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer kann dahingehend weiterentwickelt sein, dass zwischen der Lichtquelleneinheit und der Abbildungseinheit ein Spiegelelement, insbesondere ein digitales Mikrospiegelelement, zum Reflektieren des Eingangslichtbündels angeordnet ist. Durch ein derartiges Spiegelelement, das besonders bevorzugt als ein digitales Mikrospiegelelement ausgebildet sein kann, kann eine aktive Steuerung des Eingangslichtbündels und damit insbesondere folglich auch des Ausgangslichtbündels bereitgestellt werden. Mögliche Einsatzgebiete sind beispielsweise ein adaptives Kurvenlicht durch den erfindungsgemäßen Scheinwerfer und/oder ein aktives Abblendlicht um zum Beispiel eine Blendung eines Gegenverkehrs zu unterdrücken. Eine besonders große Bandbreite an möglichen Einsatzgebieten für einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer und/oder an den durch einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer bereitgestellten Funktionalitäten kann auf diese Weise bereitgestellt werden.
Auch kann ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer dahingehend weiterentwickelt sein, dass ein Lichtweg der Lichtbündel, startend von der Lichtquelle über das Spiegelelement und die Abbildungseinheit bis zum Ausgangslichtbündel, Z-förmig oder zumindest im Wesentlichen Z-förmig ausgebildet ist. Z-förmig im Sinne der Erfindung kann insbesondere bevorzugt bedeuten, dass der Lichtweg zumindest im Wesentlichen zwei spitze Winkel aufweist. Insgesamt kann auf diese Weise eine besonders kompakte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers bereitgestellt werden.
Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers vorgesehen sein, dass das Spiegelelement bei einem in ein Fahrzeug eingebauten Scheinwerfer unterhalb der Abbildungseinheit angeordnet ist. Mit anderen Worten ist, im Gegensatz zu der zumeist im Stand der Technik vorgesehenen Anordnung des digitalen Spiegelelements in Fahrtrichtung hinter der Abbildungseinheit, bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer ermöglicht, insbesondere durch die durch die erfindungsgemäße Abbildungseinheit bereitgestellte Abbildungsfunktionalität, das Spiegelelement in Bezug auf die Abbildungseinheit des Scheinwerfers im Fahrzeug unterhalb der Abbildungseinheit anzuordnen. Auf diese Weise kann ein verbessertes Thermomanagement für das Spiegelelement bereitgestellt werden, beispielsweise dadurch, dass dem Spiegelelement zumindest indirekt Fahrtwind zuführbar ist, wodurch eine besonders gute Kühlung des Spiegelelements bereitgestellt werden kann.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer vorgesehen sein, dass unmittelbar vor dem Spiegelelement eine Linse, die insbesondere als Feldlinse dient, angeordnet ist, die sowohl vom Lichtquellenbündel als auch dem Eingangslichtbündel durchtreten wird. Durch eine Linse, die unmittelbar vor dem Spiegelelement angeordnet ist, kann erreicht werden, dass ein Maximum an Licht aus der Lichtquelle in die Abbildungseinheit eingekoppelt wird und nur minimale Abschattungen an dem oben beschriebenen Pupillenelement auftreten. Diese Linse kann vorzugsweise eine Feldlinse oder in besonderen Ausführungen auch ein Feldlinsenarray sein, um somit gezielt den Strahlverlauf zu beeinflussen. Die Linse kann auch in vorteilhafter Ausführung eine Beschichtung und/oder Struktur aufweisen. Diese Beschichtungen können zum Schutz, zur Antireflexion und/oder zur Reflexion aufgebracht sein.
Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch ein Fahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Sämtliche Vorteile, die insbesondere in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und somit auch in der Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, können somit auch durch ein Fahrzeug bereitgestellt werden, das einen derartigen erfindungsgemäßen Scheinwerfer mit einer erfindungsgemäßen Abbildungseinheit gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist.
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.
4 ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer gemäß 2 mit einer als Feldlinse dienenden Linse,
5 ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer gemäß 3 mit einer als Feldlinse dienenden Linse.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Abbildungseinheit 20, insbesondere deren monolithisch ausgebildeten Optikbaustein 21. Insbesondere ist der dargestellte Optikbaustein 21 zum wenigstens teilweisen, bevorzugt vollständigen, Bereitstellen der Abbildungsfunktionalität der gesamten Abbildungseinheit 20 ausgebildet. Dafür weist der Optikbaustein 21, insbesondere dessen monolithisch ausgebildeter Grundkörper 30, einen Einkoppelabschnitt 31 auf, durch den ein Eingangslichtbündel 50 mit einer Einkoppelrichtung 60 ins Innere des Grundkörpers 30 eingekoppelt werden kann. Der Grundkörper 30 weist ferner zumindest einen Reflexionsabschnitt 32, 33 auf, wie dargestellt bevorzugt zwei Reflexionsabschnitte 32, 33. An diesen werden intern das eingekoppelte Lichtbündel reflektiert und insbesondere in Richtung eines 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 ausgebildet sein. Um eine Reflexion des Eingangslichtbündels 50 am Einkoppelabschnitt 31 zu verhindern oder zumindest zu vermindern, kann der Einkoppelabschnitt 31 eine Antireflexionsbeschichtung 40 aufweisen. Darüber hinaus kann am Einkoppelabschnitt 31 ein Pupillenelement 44 angeordnet sein, beispielsweise als eine lichtundurchlässige definierte Umrahmung des Einkoppelabschnitts 31. Die beiden Reflexionsabschnitte 32, 33 können 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 eine Antireflexionsbeschichtung 40 aufweisen.
Deutlich sichtbar ist in 1, dass der Optikbaustein 21 und insbesondere dessen Grundkörper 30 monolithisch ausgebildet sind. 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 erfindungsgemäßer Scheinwerfer 1 gezeigt, in dem eine Abbildungseinheit 20 verbaut ist, wie sie beispielhaft in 1 gezeigt ist. Für eine Beschreibung der Einzelheiten der abgebildeten Abbildungseinheit 20, insbesondere 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.
Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer 1 weist insbesondere neben der 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 erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen 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.
In 4 ist ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer gemäß 2 mit einer als Feldlinse dienenden Linse 3 schematisch dargestellt. In 4 ist ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer gemäß 3 mit einer als Feldlinse dienenden Linse 3 schematisch dargestellt. Die Feldlinse 3 wird sowohl vom Lichtquellenbündel 53 als auch vom Eingangsbündel 50 durchtreten und erhöht die Lichtenergie, die tatsächlich in den Grundkörper 30 eingekoppelt wird. Die Linse 3, die als Feldlinse dient, ist unmittelbar vor dem Spiegelelement 2 angeordnet. Durch eine Linse 3 kann erreicht werden, dass ein Maximum an Licht aus der Lichtquelle 11 in die Abbildungseinheit 20 eingekoppelt wird und nur minimale Abschattungen an dem oben beschriebenen Pupillenelement auftreten. Diese Linse 3 kann vorzugsweise eine Feldlinse oder auch ein Feldlinsenarray sein, um somit gezielt den Strahlverlauf zu beeinflussen. Die Linse 3 kann auch in vorteilhafter Ausführung eine Beschichtung und/oder Struktur aufweisen. Diese Beschichtungen können zum Schutz, zur Antireflexion und/oder zur Reflexion aufgebracht sein.
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
40: Antireflexionsbeschichtung
44: Pupillenelement
50: Eingangslichtbündel
51: Ausgangslichtbündel
52: Teilbündel
53: Lichtquellenlichtbündel
60: Einkoppelrichtung
61: Auskoppelrichtung

Claims

Abbildungseinheit (20) für einen Scheinwerfer (1) eines Fahrzeugs zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, aufweisend einen Optikbaustein (21), dadurch gekennzeichnet, dass der Optikbaustein (21) einen monolithisch ausgebildeten Grundkörper (30) aufweist, wobei ferner 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.
Abbildungseinheit (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelrichtung (60) und die Auskoppelrichtung (61) einen Bausteinwinkel einschließen, der kleiner als ca. 180°, insbesondere kleiner als 120°, bevorzugt kleiner als 90°, ausgebildet ist.
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelabschnitt (31) und/oder der Auskoppelabschnitt (35) und/oder der zumindest eine Reflexionsabschnitt (32, 33) sphärisch und/oder asphärisch und/oder als Freiform ausgebildet sind.
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) einen ersten Reflexionsabschnitt (32) und einen zweiten Reflexionsabschnitt (33) zum aufeinanderfolgenden Reflektieren des durch den Einkoppelabschnitt (31) eingekoppelten Lichtbündels aufweist.
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelabschnitt (31) und/oder der Auskoppelabschnitt (35) zumindest abschnittsweise eine Antireflexionsbeschichtung (40) zum Vermindern einer Reflektivität des Einkoppelabschnitts (31) und/oder des Auskoppelabschnitts (35) aufweisen.
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Reflexionsabschnitt (32, 33) zum wenigstens teilweisen Totalreflektieren des Lichtbündels ausgebildet ist.
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelabschnitt (31) ein Pupillenelement (44) zum Beschneiden und/oder Formen des eingekoppelten Lichtbündels aufweist.
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Grundkörper (30) eines der folgenden transparenten Materialien umfasst: - PMMA (Polymethylmethacrylat) - PC (Polycarbonat) - Glasmaterial
Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 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.
Scheinwerfer (1) für ein Fahrzeug, aufweisend eine Lichtquelleneinheit (10) mit einer Lichtquelle (11) und einer Lichtquellenoptik (12) zum Bereitstellen eines Eingangslichtbündels (50) sowie eine Abbildungseinheit (20) zum Bereitstellen einer optischen Abbildungsfunktionalität, wobei durch die Abbildungsfunktionalität das Eingangslichtbündel (50) auf ein Ausgangslichtbündel (51) abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinheit (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüchen ausgebildet ist.
Scheinwerfer (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelleneinheit (10) und der Abbildungseinheit (20) ein Spiegelelement (2), insbesondere ein digitales Mikrospiegelelement, zum Reflektieren des Eingangslichtbündels (50) angeordnet ist.
Scheinwerfer (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtweg der Lichtbündel, startend von der Lichtquelle (11) über das Spiegelelement (2) und die Abbildungseinheit (20) bis zum Ausgangslichtbündel (51), Z-förmig oder zumindest im Wesentlichen Z-förmig ausgebildet ist.
Scheinwerfer (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement (2) bei einem in ein Fahrzeug eingebauten Scheinwerfer (1) unterhalb der Abbildungseinheit (20) angeordnet ist.
Scheinwerfer (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem Spiegelelement (2) eine Linse (3), die insbesondere als Feldlinse dient, angeordnet ist, die sowohl vom Lichtquellenbündel (53) als auch dem Eingangslichtbündel (50) durchtreten wird.
Scheinwerfer (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3) eine Feldlinse oder ein Feldlinsenarray ist.