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Die Erfindung betrifft eine Optikeinheit, aufweisend mehrere optisch in Reihe geschaltete, miteinander verbundene Kunststofflinsen. Die Erfindung betrifft auch einen Scheinwerfer, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer, aufweisend mindestens eine Lichtquelle und mindestens eine der mindestens einen Lichtquelle nachgeschaltete Optikeinheit. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, aufweisend mindestens einen solchen Scheinwerfer. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit. Die Erfindung ist besonders bevorzugt anwendbar auf Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere mit adaptivem Kurvenlicht.
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Bei bisher im Automobilbereich verwendeten Scheinwerfern wird eine Lichtverteilung auf der Straße mit Hilfe einer refraktiven sekundären Optik erzeugen, der meist eine primäre Optik vorangeschaltet ist. Die primäre Optik erzeugt eine Zwischenbildebene, die dann von der sekundären Optik abgebildet wird. Mit dem Aufkommen von Lichtquellen mit großflächigen lambertschen Emitterflächen wird es praktisch umsetzbar, die Abbildung der Emitterflächen selbst zu nutzen, um die Lichtverteilung auf der Straße zu erzeugen. Die dazu nötige refraktive sekundäre Optik muss dann jedoch, je nach Applikation und Spezifikation, in der Tendenz deutlich mehr optische Flächen aufweisen als die aktuell mit primärer Optik und sekundärer Optik aufgebauten Optiken.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine preiswerte und konstruktiv einfach umsetzbare Möglichkeit bereitzustellen, ein optisches System mit vielfachen optischen Flächen bereitzustellen, insbesondere zur Verwendung im Automobilbereich.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Optikeinheit, aufweisend mehrere optisch in Reihe geschaltete Kunststofflinsen, wobei die Kunststofflinsen über mindestens einen gemeinsamen Steg miteinander verbunden sind und zusammen mit dem Steg ein einstückiges Spritzgussbauteil bilden.
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Diese Optikeinheit ergibt den Vorteil, dass eine Verringerung von Werkzeugkosten und stückbezogenen Herstellungskosten durch weniger Werkzeuge zur Erstellung der optischen Flächen für die Optikeinheit im Vergleich zu einer separaten Herstellung der Linsen ermöglicht wird. Zudem wird einfachere Justage der Kunststofflinsen ermöglicht oder kann sogar ganz entfallen, da die sie bereits bei der Erstellung im Werkzeug richtig zueinander positioniert sein können.
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Unter einer Optikeinheit wird insbesondere ein System mit zumindest mehreren optischen Elementen, umfassend mehrere Kunststofflinsen, verstanden, das eine gemeinsam handhabbare Einheit darstellt, bei der zumindest die Kunststofflinsen mittels des gemeinsamen Stegs (ohne Zerstörung) unlösbar miteinander verbunden oder fixiert sind.
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Die Kunststofflinsen können allgemeine refraktive optische Elemente aus Kunststoff und/oder Linsen im engeren Sinne bezeichnen.
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Dass mehrere Kunststofflinsen optisch in Reihe geschaltet sind, umfasst insbesondere, dass sie dazu vorgesehen sind, von einem Lichtbündel nacheinander durchleuchtet zu werden. Sie können insbesondere entlang ihrer optischen Achse(n) und/oder entlang einer Längsrichtung eines Stegs hintereinander angeordnet sein. Die Optikeinheit kann allgemein ein oder mehrere Gruppen von in Reihe geschalteten Kunststofflinsen aufweisen. Dazu können beispielsweise die Kunststofflinsen unterschiedlicher Gruppen nebeneinander angeordnet sein, z.B. seitlich zu oder winkelversetzt an dem Steg versetzt angeordnet sein.
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Dass die Kunststofflinsen über mindestens einen gemeinsamen Steg miteinander verbunden sind, umfasst insbesondere, dass die Kunststofflinsen an dem Steg befestigt oder fixiert sind, insbesondere unlösbar (d.h. nur lösbar unter Zerstörung der Befestigung oder Verbindung).
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Dass die Kunststofflinsen zusammen mit dem Steg ein einstückiges Spritzgussbauteil bilden, umfasst insbesondere, dass die Kunststofflinsen und der Steg mittels eines Spritzgussvorgangs miteinander verbunden worden sich.
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Die Optikeinheit kann einen oder mehrere Stege aufweisen, insbesondere mehrere nebeneinander angeordnete Stege. Die Stege können insbesondere symmetrisch zu einer optischen Achse zumindest einer der Kunststofflinsen angeordnet sein. Eine Kunststofflinse kann mit einem oder mehreren Stegen verbunden sein, insbesondere mit zwei sich gegenüberliegenden Stegen. Ein Steg kann insbesondere stab-, balken- oder bandförmig geformt sein.
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Bei Vorhandensein mehrerer Stege können diese symmetrisch geformt sein, insbesondere in Bezug auf eine optische Achse mindestens einer von beiden gehaltenen Kunststofflinse.
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Ein Steg kann insbesondere im Bereich eines Seitenrands der Kunststofflinse mit dieser verbunden sein. So wird der Vorteil erreicht, dass ein durchlaufendes Lichtbündel nicht verdeckt wird.
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Zumindest zwei Kunststofflinsen - insbesondere alle Kunststofflinsen - können so angeordnet sein, dass ihre optischen Achsen zusammenfallen.
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Die Kunststofflinsen können einen gleichen oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Insbesondere für den Fall, dass alle Kunststofflinsen den gleichen Durchmesser aufweisen, kann der mindestens eine Steg geradlinig geformt sein. Alternativ kann mindestens ein Steg in Längsrichtung zumindest abschnittsweise nicht geradlinig oder gekrümmt sein, insbesondere falls mindestens zwei Kunststofflinsen unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Allgemein können die Kunststofflinsen ein unterschiedliches Aspektverhältnis aufweisen und/oder zumindest eine Kunststofflinse kann in Bezug auf ihre optische Achse nicht rotationssymmetrisch sein.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Steg ein Kunststoffsteg ist und dieser mindestens eine Steg und die Kunststofflinsen mittels eines gemeinsamen Kunststoff-Spritzgussvorgangs hergestellte Teilbereiche der Optikeinheit sind. So wird der Vorteil einer besonders einfachen Herstellbarkeit erreicht. Bei dieser Ausgestaltung werden die Kunststofflinsen also zusammen mit dem mindestens einen Steg während eines gemeinsamen Kunststoff-Spritzgussvorgangs erzeugt.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Kunststofflinsen mittels eines gemeinsamen Spritzgussvorgangs hergestellte Teilbereiche der Optikeinheit sind und mindestens in Steg ein vorgefertigter Steg ist, der mittels des Kunststoff-Spritzgussvorgangs mit den Kunststofflinsen verbunden worden ist. So wird der Vorteil erreicht, dass der Steg aus anderem Material als Kunststoff bestehen kann, insbesondere aus steiferem Material, was eine Steifigkeit der Optikeinheit und damit deren mechanische Stabilität verbessern kann. Zur Umsetzung dieser Ausgestaltung kann mindestens ein Steg vor dem Verspritzen in das Spritzgusswerkzeug eingelegt worden sein. Dieser mindestens eine Steg wird dann während des Spritzgussvorgang zumindest teilweise in den gespritzten Kunststoff eingebettet, insbesondere unlösbar (ohne Zerstörung). In einer Variante werden die Kunststofflinsen an den mindestens einen Steg angespritzt.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Optikeinheit mindestens zwei vorgefertigte Stege aufweist, von den mindestens zwei Stege aus unterschiedlichem Material bestehen. So kann eine besonders hohe Vielfältigkeit der mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Optikeinheit erreicht werden. Beispielsweise kann ein Steg aus besonders steifer Keramik und ein Steg aus preiswertem und elektrisch leitfähigem Metall bestehen, usw.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein vorgefertigter Steg ein Keramiksteg oder ein Metallsteg ist. Ein solcher Steg besteht aus einem besonders steifen und/oder widerstandsfähigen Material. Ein Metallsteg weist den weiteren Vorteil auf, dass er elektrisch leitfähig ist und so z.B. zur Ableitung statischer Elektrizität, als Stromleiter usw. einsetzbar ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein Steg ein vorgefertigter Steg ist und mindestens ein Steg mittels des Kunststoffspritzvorgangs erzeugt wird. Dies ergibt eine steife, aber im Gegensatz zur ausschließlichen Verwendung mehrerer vorgefertigter Stege besonders preisgünstig herstellbare Optikeinheit.
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Die Wahl des mindestens einen Stegs in Bezug auf Zahl, Material, Vorfertigung usw. ist grundsätzlich nicht beschränkt.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest zwei der Kunststofflinsen aus unterschiedlichen Kunststoffen, insbesondere Kunststoffen mit unterschiedlichen Brechungsindizes, bestehen. So sind vorteilhafterweise die optischen Fähigkeiten der Optikeinheit besonders vielgestaltig wählbar. Diese Ausgestaltung ist z.B. im Rahmen eines Mehrkomponenten-Spritzgussverfahrens umsetzbar, insbesondere im Rahmen eines Zweikomponenten (2K)-Spritzgussverfahrens bei Verwendung zweier unterschiedlicher Kunststoffe. Als Kunststoffe können z.B. PC, ABS und/oder PMMA verwendet werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Optikeinheit mindestens ein zusätzliches Element aufweist. Das zusätzliche Element kann ein nichtoptisches Element (z.B. eine Justagehilfe), ein nicht aus Kunststoff gefertigtes optisches Element und/oder ein aus Kunststoff gefertigtes nicht-refraktives optisches Element usw. sein. So wird eine besonders große Vielfältigkeit der Optikeinheit erreicht.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Optikeinheit mindestens ein zusätzliches, optisch in Reihe mit den Kunststofflinsen geschaltetes optisches Element aufweist, das mit den Kunststofflinsen über den mindestens einen gemeinsamen Steg verbunden ist. So wird eine besonders vielgestaltige optische Eigenschaft der Optikeinheit bereitgestellt. Das mindestens eine zusätzliche optische Element kann z.B. eine Linse aus Nichtkunststoffmaterial, eine Blende, ein Kollimator usw. sein.
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Das zusätzliche optische Element kann analog zu den Kunststofflinsen hergestellt werden. So ist es eine Weiterbildung, dass es während eines Spritzgussvorgangs gebildet wird.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Kunststofflinsen mittels eines gemeinsamen Spritzgussvorgangs hergestellte Teilbereiche der Optik sind und mindestens ein zusätzliches optisches Element ein vorgefertigtes Teil ist, das mittels des Kunststoff-Spritzgussvorgangs mit den Kunststofflinsen verbunden worden ist, insbesondere an dem gleichen mindestens einen Steg. Dies ermöglicht den Vorteil einer optisch besonders vielfältigen Ausgestaltung der Optikeinheit.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein zusätzliches optisches Element nachträglich an dem mindestens einen mit den Kunststofflinsen verbunden Steg anbringbar ist oder an dem mindestens einen Steg angebracht worden ist.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens einer der Stege mindestens eine Aussparung insbesondere Rastaufnahme, zur Aufnahme eines separat gefertigten oder vorgefertigten zusätzlichen optischen Elements aufweist. Dies erleichtert eine Positionierung und Befestigung des zusätzlichen optischen Elements, falls gewünscht.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das mindestens ein zusätzliches optisches Element eine vorgefertigte Silikonlinse und/oder Glaslinse ist. So können z.B. Linsen mit besonders hohen Brechungsindizes durch die Optikeinheit bereitgestellt werden.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Steg eine lichtabsorbierende Oberfläche aufweist. So wird eine Einspeisung von von dem mindestens einen Steg reflektiertem störendem Streulicht in den Strahlengang der Optikeinheit unterdrückt oder sogar praktisch ganz verhindert.
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Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein Steg eine schwarze oder geschwärzte Oberfläche aufweist. Dies kann beispielsweise im Nachgang des Spritzgussprozesses durch Beschichtung (Sputtern, Spray Coating, Lackierung usw.) mit lichtabsorbierendem Material (das z.B. Rußteilchen aufweisen kann) vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schwärzung direkt in einem Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren unter Verwendung eines lichtabsorbierenden Kunststoffs vorgenommen werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Optik, aufweisend mindestens eine Optikeinheit wie oben beschrieben, insbesondere mehrere Optikeinheiten wie oben beschrieben. Für den Fall, dass die Optik mehrere - insbesondere optisch in Reihe geschaltete - Optikeinheiten aufweist, sind diese insbesondere zueinander ausgerichtet oder justiert. Mindestens einer der Stege kann dazu bereichsweise als Justierhilfe ausgebildet sein oder angespritzte zusätzliche Justierhilfeelemente aufweisen.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Scheinwerfer, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer, aufweisend mindestens eine Lichtquelle und mindestens eine der mindestens einen Lichtquelle nachgeschaltete Optik oder Optikeinheit wie oben beschrieben.
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Die mindestens eine Optikeinheit kann insbesondere dazu verwendet werden, bisher genutzte primäre und sekundäre Optiken zu ersetzen, insbesondere bei Verwendung von großflächigen lambertschen Strahlern als Lichtquellen.
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Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch Fahrzeug, aufweisend mindestens einen Scheinwerfer wie oben beschrieben. Der Scheinwerfer kann ein Frontscheinwerfer sein, der zumindest eine der Funktionen Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Kurvenlicht (insbesondere adaptives Kurvenlicht) usw. bereitstellt.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Optikeinheit, bei dem Kunststofflinsen während eines gemeinsamen Kunststoff-Spritzgussablaufs hergestellt werden und während dieses Kunststoff-Spritzgussablaufs über mindestens einen Steg miteinander verbunden werden. Das Verfahren kann analog zu der Optikeinheit ausgebildet werden und ergibt die gleichen Vorteile.
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So ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Steg während des gemeinsamen Kunststoff-Spritzgussablaufs aus Kunststoff hergestellt wird.
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Auch ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Steg separat hergestellt wird und dann zur Vorbereitung des gemeinsamen Kunststoff-Spritzgussablaufs in ein zugehöriges Spritzguss-Werkzeug eingelegt wird.
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Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens ein zusätzliches optisches Element separat hergestellt wird und dann zur Vorbereitung des gemeinsamen Kunststoff-Spritzgussablaufs in ein zugehöriges Spritzguss-Werkzeug eingelegt wird.
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Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein zusätzliches optisches Element an mindestens einem vorgefertigten Steg angebracht wird, dann zusammen mit dem mindestens einen vorgefertigten Steg in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und dann während eines Spritzgussvorgangs, mittels dessen auch die Kunststofflinsen hergestellt werden, mit dem Rahmen verbunden wird.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
- 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Optikeinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 zeigt eine Skizze der Optikeinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Vorderansicht;
- 3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Optikeinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 4 zeigt eine Skizze der Optikeinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in Vorderansicht; und
- 5 zeigt eine Skizze einer Optik, welche die Optikeinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und die Optikeinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist.
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1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Optikeinheit 1. 2 zeigt eine Skizze der Optikeinheit 1 in Vorderansicht.
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Die Optikeinheit 1 weist beispielhaft drei optisch in Reihe geschaltete Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c auf, die wie gezeigt eine gemeinsame optische Achse A aufweisen können. Die Kunststofflinsen 2a, 2b, 2c sind dazu an zwei sich gegenüberliegenden Stegen 3 angespritzt bzw. durch Spritzguss verbunden und bilden mit den Stegen 3 ein einstückiges Spritzgussbauteil. Die Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c weisen hier zumindest zwischen den beiden Stegen 3 einen gleichen Durchmesser auf.
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In einer Variante bestehen beide Stege 3 aus Kunststoff und sind zusammen mit den Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c während eines Kunststoff-Spritzgussvorgangs hergestellt worden, z.B. in einem gleichen Werkzeug.
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In einer anderen Variante ist mindestens einer der Stege 3 ein z.B. aus Metall, anderem Kunststoff oder Keramik vorgefertigter Steg, an den während eines Kunststoff-Spritzgussvorgangs die Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c angespritzt worden sind. Die Stege 3 können dazu vor dem Spritzvorgang in ein Spritzgusswerkzeug (o. Abb.) eingelegt worden sein.
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In noch einer Variante ist einer der Stege 3 ein Kunststoff-Steg und der andere der Stege 3 ein vorgefertigter Steg.
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Die Stege 3 können eine lichtabsorbierende, z.B. geschwärzte, Oberfläche aufweisen.
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Zumindest zwei Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichem Kunststoff bestehen, z.B. aus PC, ABS und/oder PMMA.
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Zumindest zwei Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c können aus Kunststoffen mit unterschiedlichen Brechungsindices bestehen.
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Die Stege 3 weisen hier optional an gegenüberliegenden Positionen Aussparungen 4, insbesondere Rastaussparungen oder Rastvertiefungen, auf, in denen ein zusätzliches optisches Element nachträglich einsetzbar und befestigbar ist, z.B. eine Linse, eine Blende usw., z.B. aus Glas oder Silikon.
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Alternativ kann das zusätzliche optische Element in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden und dort über die Stege 3 mit den dabei hergestellten Kunststofflinsen 2a, 2b und 2c verbunden werden. In einer Variante können auch die Stege 3 während des Kunststoff-Spritzvorgangs hergestellt werden. In einer anderen Variante kann das zusätzliche optische Element vorher mit den Stegen 3 verbunden, z.B. verrastet, werden und dann verbunden in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt werden. Durch das Spritzgießen kann dann auch die Verbindung zwischen dem zusätzlichen optischen Element und den Stegen 3 fixiert werden.
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3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Optikeinheit 5. Die Optikeinheit 5 weist ebenfalls beispielhaft drei optisch in Reihe geschaltete Kunststofflinsen 6a, 6b und 6c auf, die eine gemeinsame optische Achse A aufweisen können. Die Optikeinheit 5 kann ähnlich zu der Optikeinheit 1 hergestellt werden, wobei jedoch nun im Gegensatz zu der Optikeinheit 1 die Kunststofflinsen 2a, 2b, 2c unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Entsprechend sind die Stege 7 nicht mehr geradlinig, sondern den Durchmessern der Kunststofflinsen 2a, 2b, 2c entsprechend geformt.
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4 zeigt eine Skizze der Optikeinheit 5 in Vorderansicht auf die Kunststofflinse 6c.
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5 zeigt eine Skizze einer Optik 8, welche die Optikeinheit 1 und die Optikeinheit 5 als Teiloptiken oder Teilbaugruppen aufweist. Hier ist in der Optikeinheit 1 ein zusätzliches optisches Element in Form einer Glas- oder Silikonlinse 9 eingezeichnet.
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Die beiden Optikeinheiten 1 und 5 sind zueinander ausgerichtet oder justiert. Die Stege 3 und/oder 7 können als Justierhilfen ausgebildet sein oder angespritzte zusätzliche Justierhilfeelemente aufweisen (o. Abb.).
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Die Optik 8 ist einer Lichtquelle 10, z.B. einer großflächigen LED, einem LED-Array oder einer großflächigen OLED, nachgeschaltet. Durch die Lichtquelle 10 z.B. lambertsch abgestrahltes Licht (das durch den Pfeil angedeutet ist) tritt zuerst durch die Optikeinheit 1 und dann durch die Optikeinheit 5. Die Optik 8 und die Lichtquelle 10 können Komponenten eines Fahrzeugscheinwerfers 11 eines Fahrzeugs 12 sein. Das Fahrzeug kann z.B. ein Kraftwagen wie ein Pkw, Lkw, Bus, Motorrad usw. sein.
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Der Fahrzeugscheinwerfer 11 kann z.B. ein Abblendlicht-, Fernlicht-, Nebellicht- und/oder Kurvenlicht-Scheinwerfer sein, insbesondere ein Abblendlicht-Scheinwerfer mit adaptivem Kurvenlicht.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optikeinheit
- 2a
- Kunststofflinse
- 2b
- Kunststofflinse
- 2c
- Kunststofflinse
- 3
- Steg
- 4
- Aussparung
- 5
- Optikeinheit
- 6a
- Kunststofflinse
- 6b
- Kunststofflinse
- 6c
- Kunststofflinse
- 7
- Steg
- 8
- Optik
- 9
- Glas- oder Silikonlinse
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Fahrzeugscheinwerfer
- 12
- Fahrzeug
- A
- Optische Achse
