DE202005004080U1

DE202005004080U1 - Linse für einen Fahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE202005004080U1
Application number: DE200520004080
Authority: DE
Original assignee: Zizala Lichtsysteme GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-03-15

Abstract

Linse für einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem Projektionsmodul (MOD), das einen schalenförmigen Reflektor (REF), ein dem Reflektor (REF) zugeordnetes Leuchtmittel (LIQ), sowie die Linse (LIN) und eine zwischen der Linse (LIN) und Reflektor (REF) angeordnete Blende (BLE) aufweist, wobei die Blende (BLE) eine Hell-Dunkel-Grenze (HDG) eines Lichtbündels des Scheinwerfers abbildet, die Linse (LIN) eine vom Reflektor (REF) abgewandte konvexe Vorderseite (VOS) aufweist, ein optisches Element (OPE) auf der konvexen Vorderseite (VOS) der Linse (LIN) vorgesehen ist und die aus dem optischen Element (OPE) austretenden Lichtstrahlen (LBU, LBU') auf einen Bereich (BDG) oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) des Lichtbündels (LBU) des Scheinwerfers gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (OOE) des optischen Elementes (OPE) zumindest bereichsweise seitlich nebeneinander liegende, längliche Vertiefungen (VE1 – VE6) und/oder längliche Erhöhungen (EH1 – EH6) aufweist, wobei die Vertiefungen (VE1 – E6) und/oder Erhöhungen (EH1 – EH6) eine entlang der Oberfläche (OOE) des optischen Elementes (OPE)...

Description

Die Erfindung betrifft eine Linse für einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem Projektionsmodul, das einen schalenförmigen Reflektor, ein dem Reflektor zugeordnetes Leuchtmittel, sowie die Linse und eine zwischen der Linse und Reflektor angeordnete Blende aufweist, wobei die Blende eine Hell-Dunkel-Grenze eines Lichtbündels des Scheinwerfers abbildet, die Linse eine vom Reflektor abgewandte konvexe Vorderseite aufweist, ein optisches Element auf der konvexen Vorderseite der Linse vorgesehen ist und die aus dem optischen Element austretenden Lichtstrahlen auf einen Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels des Scheinwerfers gerichtet sind.
Weiters betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer entsprechenden Linse.
Gesetzliche Vorschriften verlangen, dass beispielsweise bei Abblendscheinwerfern oder Nebelscheinwerfern, welche ein Lichtbild mit einer prinzipiell klar definierten Hell-Dunkel-Grenze aufweisen, in bestimmten Bereichen oberhalb dieser Hell-Dunkel-Grenze bestimmte Lichtwerte erreicht werden.
Mit einem eingangs erwähnten Scheinwerfer – ein entsprechender Nebelscheinwerfer ist beispielsweise aus der DE-U-90 00 395 und ein Abblendlichtscheinwerfer aus der DE 103 09 434 A1 bekannt – wird durch das optische Element Licht unter einem bestimmten Winkel über die Hell-Dunkel-Grenze abgelenkt.
Bei dem optischen Element handelt es sich im Allgemeinen um eine Modifikation der „ursprünglichen" Linsenoberfläche, wobei zum Ablenken von Licht in einen Bereich über der Hell-Dunkel-Grenze im Allgemeinen unterschiedlichste Modifikationen möglich sind.
Ein grundsätzliches Problem, das bei allen bekannten Linsen mit solchen optischen Elementen (Modifikationen) auftritt, ist jenes, dass die abgelenkten Strahlen in einen relativ kleinen Bereich konzentriert werden, sodass einerseits in diesen Bereich zuviel Licht gelangt, und andererseits andere Bereiche zu niedrige Lichtwerte aufweisen. Um diesen negativen Effekt zu beheben, ist oftmals vorgesehen, dass die Linse im Bereich des optischen Elementes eine Mattierung aufweisen. Diese Mattierung führt dazu, dass das aus dem optischen Element austretende Licht nicht nur in vertikaler Richtung, sondern zusätzlich auch noch horizontal verstreut wird, sodass Licht in einen breiteren Bereich über die Hell-Dunkel-Grenze in den gesetzlich vorgeschriebenen Bereich abgestrahlt wird. Auf diese Weise können die gesetzlich vorgeschriebenen Lichtwerte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze erreicht werden.
Solche Mattierungen weisen aber eine Reihe von Nachteilen auf. Zum Beispiel wird durch die Mattierung die Durchlässigkeit der Linse in diesem Bereich verringert, sodass entsprechend der optische Bereich auf der Linse, aus dem Licht über die Hell-Dunkel-Grenze emittiert wird, relativ groß sein muss, um ausreichend hohe Lichtwerte zu erhalten. Dies erhöht die Fertigungskosten, ist aber insbesondere optisch von Nachteil. Weiters kommt es im Fertigungsprozess mit zunehmender Anzahl erzeugter Mattierungen zu einer Abnützung des Werkzeuges zur Anbringung der Mattierung in Folge von Auswaschungsprozessen im Werkzeug, wodurch die Mattierung im Laufe der Fertigung schwächer und entsprechend auch die entsprechenden Eigenschaften der Linse schlechter werden.
Ein weiterer Nachteil der Mattierung ist, dass diese Licht in alle Richtungen, also auch mit vertikalen Komponenten verstreut, was es schwierig macht, die Linse optimal auf das gewünschte Lichtbild anzupassen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine eingangs erwähnte Linse derart zu verändern, dass eine optimale Anpassung des Lichtbildes an die gesetzlichen vorgeschriebenen Werte möglich wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die gesetzlich vorgeschriebenen Lichtwerte ohne die Verwendung einer Mattierung oder zumindest mit einer schwächeren Mattierung als bisher verwendet zu erreichen.
Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Linse bzw. einem entsprechenden Fahrzeugscheinwerfer dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß die Oberfläche des optischen Elementes zumindest bereichsweise seitlich nebeneinander liegende, längliche Vertiefungen und/oder längliche Erhöhungen aufweist, wobei die Vertiefungen und/oder Erhöhungen eine entlang der Oberfläche des optischen Elementes im Wesentlichen von oben nach unten gerichtete Längserstreckung aufweisen.
Durch das Anbringen von nebeneinander liegenden Rillen bzw. Rippen im Bereich des optischen Elementes auf der konvexen Oberfläche der Linse wird eine horizontale Verstreuung des aus diesem Bereich austretenden Lichtes zusätzlich zu der durch die Gestalt des optischen Elementes vertikalen Ablenkung des Lichtes erreicht. Auf diese Weise können die Lichtwerte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze den gesetzlichen Erfordernissen angepasst werden, ohne dass unbedingt eine Mattierung im Bereich des optischen Elementes notwendig ist.
Bei dem optischen Element kann es sich tatsächlich um ein von der Linse getrenntes Element handelt, dass in einem Fertigungsprozess auf der Linse angebracht wird. In der Praxis wird allerdings die konvexe Oberfläche der Linse in einem bestimmten Bereich derart modifiziert, beispielsweise durch eine entsprechende prismatische Modifikation, dass aus diesem nun das „optische Element" darstellenden Bereich austretendes Licht vertikal über die Hell-Dunkel-Grenze abgelenkt wird.
Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe solche möglichen Modifikationen der Linsenoberfläche für eine entsprechende vertikale Ablenkung des Lichtes bekannt, und für die Erfindung ist es eher nebensächlich, wie die zu Grunde liegende Struktur des optischen Elementes zur vertikalen Ablenkung des Lichtes gestalten ist.
Um eine gleichmäßige horizontale Verstreuung des aus dem optischen Element austretenden Lichtes zu erhalten, ist es günstig, wenn benachbarte Vertiefungen und/oder Erhöhungen unmittelbar aneinander anschließen.
Geht man von der nicht modifizierten Oberfläche des optischen Elementes als Bezugsfläche aus, so können prinzipiell die Effekte der Erfindung dadurch erhalten werden, dass in dieser Bezugsfläche ausschließlich Vertiefungen angebracht werden, oder dass auf dieser Bezugsfläche ausschließlich entsprechende Erhöhungen vorgesehen sind.
Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn benachbarte Vertiefungen/Erhöhungen jeweils durch eine Erhöhung/Vertiefung voneinander getrennt sind.
Da die abwechselnde Anordnung von Erhöhungen und Vertiefungen weniger stark von der Ursprungskontur abweicht als lediglich Erhöhungen oder Vertiefungen, ist diese Variante konstruktiv am einfachsten.
Um eine Verstreuung von Licht in vertikaler Richtung in Folge der Erhöhungen und Vertiefungen möglichst gut zu verhindern, ist bei einer konkreten Ausführungsform vorgesehen, dass die Vertiefungen und/oder Erhöhungen in Ebenen verlaufen, welche normal auf eine Horizontalebene durch die Linse stehen.
Die vertikale Ablenkung des Lichtes wird somit durch die „Grundstruktur' des optischen Elementes erzielt, und die horizontale Verstreuung durch die Erhöhungen/Vertiefungen. Durch diese Trennung der Effekte ist eine optimale Auslegung der Linse auf das gewünschte Lichtbild möglich.
In der Regel ist eine relativ homogene Verstreuung des Lichtes in horizontaler Richtung gewünscht. Dies wird dadurch erreicht, dass die Minima bzw. Maxima der Vertiefungen bzw. Erhöhungen in periodischen Abständen seitlich aufeinander folgen. Unter „homogen" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Lichtwerte zum Rand des oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze beleuchteten Bereiches zwar abnimmt, dass aber sogenannte „Hot-Spots", also besonders helle Bereiche vermieden sind.
Die Oberfläche des optischen Elementes ist im Bereich der Vertiefungen/Erhöhungen durch eine Vielzahl von Konturen gebildet ist, welche in übereinander liegenden Ebenen seitlich nach Außen verlaufen.
Weiters ist vorgesehen, dass die Ebenen im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und dass weiters die Ebenen im Wesentlichen parallel zu einer Horizontalebene durch die Linse verlaufen.
Auf einfache Weise lässt sich eine periodische Struktur auf dem optischen Element erzielen, wenn die Konturen einen Cosinus- oder Sinusverlauf aufweisen.
Lichttechnisch noch bessere Ergebnisse hinsichtlich der Verstreuung lassen sich erreichen, wenn die einzelnen Konturen einen Dreiecksverlauf aufweisen. Allerdings ist eine solche Struktur fertigungstechnisch wesentlich schwieriger herzustellen als ein Cosinus- oder Sinus-Verlauf.
Um einen solchen Dreiecksverlauf der Konturen einfacher herstellen zu können, ist weiters vorgesehen, dass die Spitzen der Dreiecke abgerundet sind.
Bestimmte vorteilhafte Ausführungsformen für Scheinwerfer für Kurvenlicht verfügen über eine Linse, welche um eine vertikale Achse nach links und rechts verschwenkbar sind. Auf diese Weise kann das Licht auch bei Kurvenfahrt in die gewünschte eingeschlagene Richtung des Fahrzeuges gerichtet werden.
Die Verwendung einer oben beschriebenen Linse weist in diesem Zusammenhang allerdings den Nachteil auf, dass bei einem Verschwenken der Linse die Breite des Lichtfleckes oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze mit zunehmendem Schwenkwinkel geringer wird und die Lichtintensität in diesem Bereich dementsprechend ansteigt. Das gesamte aus dem optischen Element austretende Licht wird somit bei verschwenkter Linse in einen kleinen Bereich konzentriert, was zu Blendeneffekten des Gegenverkehrs oder von Fußgängern führen kann, und wodurch die gesetzlichen Lichtwerte nicht mehr erfüllt werden können.
Um diesen negativen Effekt zu beseitigen und eine entsprechende Linse auch für einen Kurvenlichtscheinwerfer verwenden zu können, ist weiters vorgesehen, dass die einzelnen Konturen seitlich nach Außen verlaufend eine gedämpften Verlauf aufweisen.
Die Kontur kann dabei linear gedämpft sein. Mit einer linearen Dämpfung bricht das Licht allerdings abrupt ab. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die Dämpfung einen exponentiell nach Außen abnehmenden Verlauf aufweist, wodurch erzielt wird, dass das Licht homogen ausläuft.
Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
1 einen bekannten Projektionsscheinwerfer,
2 das von einem Scheinwerfer aus 1 erzeugt Lichtbild vor einem Fahrzeug,
3 einen bekannten Projektionsscheinwerfer mit einem optischen Element zur vertikalen Verstreuung von Licht,
4 das von einem Scheinwerfer aus 3 erzeugt Lichtbild vor einem Fahrzeug,
5 die Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Linse mit einer Rillenstruktur im Bereich des optischen Elementes,
6 eine schematische Darstellung der Linse aus 5,
7 eine Detailansicht der Struktur der Linse aus 5 und 6 in einem Bereich des optischen Elementes,
8 einen Schnitt entlang der Ebene A-A durch die Linse aus 5 mit einem schematischen Verlauf der Kontor der Vorderseite der Linse in diesem Schnitt,
9 eine Detaildarstellung des Konturverlaufs aus 8,
10 ein Lichtbild mit einer entsprechend den 5 – 9 modifizierten Linse,
11 einen Schnitt entlang der Ebene A-A durch die Linse aus 5 mit einem schematischen Verlauf einer weiteren Kontor der Vorderseite der Linse in diesem Schnitt,
12 eine Detaildarstellung des Konturverlaufs aus 11,
13 – 15 Vertikalschnitte durch die Linse aus 5 entlang der Ebene B-B zur Veranschaulichung von verschiedene Anordnungen von Ebenen zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Kontur der Linse,
16 einen Horizontalschnitt durch eine Linse nach 5 entsprechend den 8 und 11 zur Veranschaulichung,
17 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Linse im Bereich des optischen Elementes,
18 einen Schnitt durch eine Linse aus 3 entlang der Ebene A'-A', und
19 einen Schnitt durch eine Linse aus 5 entlang der Ebene A-A und einen entsprechenden Strahlenverlauf.
1 zeigt das Projektionsmodul MOD eines Fahrzeugscheinwerfers, wobei das Projektionsmodul MOD besteht aus einem schalenförmigen Reflektor REF, einem dem Reflektor REF zugeordneten Leuchtmittel LIQ sowie einer Linse LIN und einer zwischen der Linse LIN und dem Reflektor REF angeordnete Blende BLE. Das aus dem Modul MOD austretende Licht erzeugt in dem vor dem Fahrzeug liegenden Bereich ein bestimmtes Lichtbild, wobei das mit LBU bezeichnete Lichtbündel über die Blende BLE als Helldunkelgrenze HDG, wie dies in 2 dargestellt ist, abgebildet wird. Wie dargestellt weist die Linse LIN eine vom Reflektor REF abgewandte konvexe Vorderseite VOS auf, die Rückseite ist in dieser Darstellung eben.
In 2 ist der im Wesentlichen mit einem Modul MOD aus 1 beleuchtete Bereich schraffiert dargestellt. Wie gut zu erkennen ist, weist dieses Lichtbild keine wesentlichen Lichtwerte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG auf, womit die gesetzlich vorgeschriebenen Lichtwerte nicht erreicht werden können.
3 zeigt nun ein Projektionsmodul MOD entsprechend 1, wobei hier allerdings die Linse LIN an ihrer konvexen Vorderseite VOS ein optisches Element OPE aufweist, welches derart gestaltet ist, dass die aus dem optischen Element OPE austretenden Lichtstrahlen LBU auf einen Bereich BDG oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG des Lichtbündels LBU des Scheinwerfers gerichtet sind.
Wie eingangs bereits erwähnt sind solche modifizierten Linsen hinreichend bekannt und es soll ein solches optisches Element deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Weiter unten wird allerdings noch etwas näher auf ein im Zusammenhang verwendetes optisches Element eingegangen.
4 zeigt das mit einem Modul MOD aus 3 erhaltene Lichtbild. Wie gut zu erkennen, wird nun über das optische Element OPE Licht auch in einen Bereich BDG oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG angestrahlt. Allerdings weist dieser oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze ausgeleuchtete Bereich BDG eine zu geringe Breite auf, wodurch die gesetzlichen Lichtwerte wieder nur unzureichend erreicht werden können.
Entsprechend ist bei solchen Linsen eine Mattierung vorgesehen, um das Licht aus dem optischen Element OPE auch horizontal zu verstreuen, mit den eingangs beschriebenen Nachteilen.
5 zeigt nun eine erfindungsgemäße Linse LIN in einer Vorderansicht, welche an Stelle der z.B. in 1 oder 3 eingesetzten Linse verwendet werden kann.
Bei dieser Linse LIN weist die Oberfläche OOE des optischen Elementes OPE zumindest bereichsweise seitlich nebeneinander liegende, längliche Vertiefungen VE1 – VE6 und längliche Erhöhungen EH1 – EH6 auf, wobei sich die Vertiefungen VE1 – VE6 und Erhöhungen EH1 – EH6 eine entlang der Oberfläche OOE des optischen Elementes OPE im Wesentlichen von oben nach unten gerichtet der Länge nach erstrecken. Eine solche Variante ist konstruktiv einfacher, als wenn das optische Element OPE lediglich Vertiefungen oder lediglich Erhöhungen aufweisen würde.
Durch das Anbringen von nebeneinander liegenden Rillen VE1 – VE6 bzw. Rippen EH1 – EH6 im Bereich des optischen Elementes OPE auf der konvexen Oberfläche VOS der Linse LIN wird eine horizontale Verstreuung des aus diesem Bereich austretenden Lichtes LBU, LBU' zusätzlich zu der durch die Gestalt des optischen Elementes vertikalen Ablenkung des Lichtes erreicht. Auf diese Weise können die Lichtwerte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG den gesetzlichen Erfordernissen angepasst werden, ohne dass unbedingt eine Mattierung im Bereich des optischen Elementes OPE notwendig ist. Prinzipiell kann aber zur Optimierung des horizontalen Verstreuungseffektes zusätzlich auch noch eine Mattierung vorgesehen sein, wobei diese dann aber weniger stark sein kann und somit auch weniger unerwünschtes bzw. nicht kontrollierbares vertikales Streulicht auftritt, und auch Fehler bzw. Toleranzen bei der Herstellung der Mattierung fallen dann weniger ins Gewicht.
7 zeigt eine Detailansicht einer solchen Struktur aus Erhebungen EH1 – EH6 und Vertiefungen VE1 – VE6. Der in 7 dargestellt Bereich D entspricht dabei dem in 6 eingezeichneten Bereich D. 7 zeigt dabei die Auslenkung AMP der resultierenden Oberfläche OOE als Funktion einer Koordinate x. Der Zusammenhang der Koordinate x mit der Linsenoberfläche ist dabei der 8, die einen Horizontalschnitt durch die Linse aus 5 im Bereich der Ebene A-A darstellt, zu entnehmen. Die Koordinate x folgt somit der Linsenkrümmung an der Vorderseite in dem jeweiligen Horizontalschnitt, wobei die Koordinate x auf der nicht modifizierten Oberfläche des optischen Elementes OPE liegt.
Die in 7 gezeigte Oberfläche OOE ergibt sich nun durch die Summe von übereinander liegenden Konturen KON, von denen eine solche Kontur schematisch in 8 und detaillierter in 9 (wobei hier die Koordinate x „begradigt" dargestellt ist) gezeigt ist.
Die in 7 gezeigte Oberfläche OOE des optischen Elementes OPE ist im Bereich der Vertiefungen und Erhöhungen VE1 – VE6, EH1 – EH6 somit durch eine Vielzahl von Konturen KON gebildet, welche in übereinander liegenden Ebenen ee seitlich nach Außen verlaufen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Ebenen ee im Wesentlichen parallel zueinander, wie dies in 13 dargestellt ist, und die Ebenen ee verlaufen weiters im Wesentlichen parallel zu einer Horizontalebene Eho durch die Linse LIN verlaufen.
Ebenso könnten die Ebenen ee parallel zueinander, zu der Ebene EHO aber geneigt sein, wie in 14 dargestellt, oder die Ebenen ee verlaufen überhaupt unter bestimmtem Winkeln zueinander, wie dies in 15 gezeigt ist.
Üblicherweise wird eine Anordnung entsprechend 13 gewählt. Dabei wird ausgehend von einer Linse LIN mit einer asphärischen Vorderseite VOS, VOS' zu Erzeugung des optischen Elementes OPE der Bereich VOS' um eine horizontale, durch den Punkt Pkt verlaufende Achse verdreht, sodass sich die resultierende Oberfläche OOE ergibt, wie dies in 17 dargestellt ist.
Das optische Element OPE kann aber auch als Freifläche realisiert werden, indem die entsprechende Modifikation auf der Linsenvorderseite direkt aus dem gewünschten Lichtbild rückgerechnet wird.
Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung eines solchen optischen Elementes ist beispielsweise in der DE 103 09 434 A1 beschrieben. Linsen mit einer Oberfläche wie in diesem Dokument beschrieben sind z.B. bekannt aus den Audi A4 Cabrios ab dem Baujahr 2002.
Ausgehend von einem solchen optischen Element OPE werden dann Vertiefungen VE1 – VE6 und Erhöhungen EH1 – EH6 entsprechend 7 mit Konturen KON, welche in Ebenen ee entsprechend 11 verlaufen, angebracht.
Bei dieser Vorgangsweise kann auf einfache Weise zwischen den vertikalen Verstreuung des Lichtes durch das optische Element OPE an sich und der horizontalen Verstreuung differenziert werden, wodurch sich eine vergleichsweise einfache Berechnung der Oberfläche OOE ergibt.
Verwendet man Vertiefungen und Erhöhungen, welche sich aus Konturen ergeben, welche in Ebenen ee wie in 14 oder 15 gezeigt liegen, so ist es hier nicht unbedingt notwendig, zuerst die vertikale Verstreuung zu berechnen und die Linse entsprechend zu modifizieren, sondern es kann die Linsenoberfläche gleich entsprechend gestaltet werden, dass sich ein optisches Element OPE zur vertikalen Verstreuung mit einer entsprechenden zusätzlichen Struktur zum horizontalen Verstreuen ergibt.
Aus 9 und weiters 16 ist zu erkennen, dass die Vertiefungen VE1 – VE6 und Erhöhungen EH1 – EH6 in Ebenen ev verlaufen, welche normal auf eine Horizontalebene Eho durch die Linse LIN stehen. Die einander zugeordneten übereinander liegenden Maxima MA1 – MA6 der einzelnen Erhöhungen EH1 – EH6 sowie die einander zugeordneten übereinander liegenden Minima MI1 – MI6 der Konturen KON liegen somit in gemeinsamen Vertikalebenen ev, welche parallel zu der Ebene Eve verlaufen. Dies ist besonders gut dem Horizontalschnitt aus 16 durch die Linse LIN zu entnehmen, die Ebenen ev sind aber auch in 7 und 9 angedeutet. Auf diese Weise wird mit der Struktur aus Erhöhungen und Vertiefungen hauptsächlich eine Ablenkung in horizontaler Richtung erzielt, wodurch sich eine optimale und einfache Anpassung der Linsenoberfläche OOE an das gewünschte Lichtbild erreichen lässt.
Die vertikale Ablenkung des Lichtes wird somit durch die „Grundstruktur" des optischen Elementes OPE erzielt, und die horizontale Verstreuung durch die Erhöhungen und Vertiefungen. Durch diese Trennung der Effekte ist eine optimale Auslegung der Linse LIN auf das gewünschte Lichtbild möglich.
In der Regel ist eine relativ homogene Verstreuung des Lichtes in horizontaler Richtung gewünscht. Dies wird dadurch erreicht, dass die Minima MI1 – MI6 bzw. Maxima MA1 – MA6 der Vertiefungen VE1 – VE6 bzw. Erhöhungen EH1 – EH6 in periodischen Abständen PEL seitlich aufeinander folgen. Unter „homogen" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Lichtwerte zum Rand des oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze beleuchteten Bereiches BDG zwar abnimmt, dass aber sogenannte „Hot-Spots", also besonders helle Bereiche vermieden sind.
Auf einfache Weise lässt sich eine periodische Struktur auf dem optischen Element erzielen, wenn die Konturen KON einen Cosinus- oder Sinusverlauf aufweisen. Bei der dargestellten Oberfläche OOE wurde ein Cosinus-Verlauf gewählt, da dieser ein symmetrisches Verhalten zeigt, wenn sich die Erhebungen und Vertiefungen zu beiden Seiten der Längsmittelebene Eve der Linse LIN erstrecken, wie dies in 5 gezeigt ist.
Die Anpassung der horizontalen Verstreuung erfolgt über die Anpassung der Werte für die Periodenlänge PEL und die Amplitude AMP der Konturen KON. Die Stärke horizontalen der Verstreuung des Lichtes hängt von der Steigung des Verlaufes der Kontur KON an. Je kleiner die Periodenlänge PEL desto stärker ist die Verstreuung. Ebenso gilt, dass je größer die Amplitude AMP ist, desto stärker ist auch die Verstreuung.
Ein beispielhafter Wert für eine Periodenlänge ist PEL = 3,5 mm.
Die 18 und 19 zeigen die Auswirkungen der Erhebungen und Vertiefungen auf die durch das in diesem Bereich durch die Linse LIN durchtretende Licht jeweils in einem Horizontalschnitt durch die Linse. Die Linse LIN aus 18 weist keine Struktur entsprechend der Erfindung auf, die Lichtstrahlen des durch die Linse in diesem Schnitt durchtretenden Lichtbündels LBU' erfahren keine horizontale Ablenkung.
Durch die erfindungsgemäße beschriebene Oberflächenstruktur ergibt sich wie in 19 dargestellt zusätzlich zu der nicht erkennbaren vertikalen Ablenkung zusätzlich noch eine horizontale Ablenkung der Strahlen des Lichtbündels LBU'. Dies führt zu einem Lichtbild wie in 10 dargestellt. Durch die Struktur aus Erhebungen und Vertiefungen wird der Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG, in den Licht aus dem optischen Element OPE gestreut wird, verbreitert, wodurch sich die gesetzlichen Lichtwerte erzielen lassen.
Ein Cosinus-Verlauf wie gezeigt lässt sich relativ einfach auf der Linsenoberfläche anbringen. Lichttechnisch noch besser ist ein zackenförmiger Verlauf wie in den 11 und 12 dargestellt. Ein solcher ist allerdings wesentlich aufwändiger herzustellen.
Ein Kompromiss lässt sich erzielen, wenn die Spitzen in dem Verlauf aus 11 und 12 abgerundet sind; eine solche Struktur ist etwas einfacher herzustellen und liefert lichttechnisch annähernd dieselben Vorteile wie nicht abgerundete Spitzen.
Grundsätzlich können die Erhebungen und Vertiefungen alle in etwa die selbe Amplitude AMP im Maximum/Minimum aufweisen. Bestimmte Ausführungsformen von Scheinwerfer für Kurvenlicht (siehe z.B. die EP 1 234 716 A2 ) verfügen nun über eine Linse, welche um eine vertikale Achse VAC nach links und rechts verschwenkbar sind. Eine solche Achse VAC ist in 1 bzw. 3 dargestellt.
Auf diese Weise kann das Licht auch bei Kurvenfahrt in die gewünschte eingeschlagene Richtung des Fahrzeuges gerichtet werden.
Die Verwendung einer Linse LIN mit Erhebungen und Vertiefungen mit gleicher maximaler Amplitude AMP weist in diesem Zusammenhang allerdings den Nachteil auf, dass bei einem Verschwenken der Linse die Breite des Lichtfleckes oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze mit zunehmendem Schwenkwinkel geringer wird und die Lichtintensität in diesem Bereich dementsprechend ansteigt. Das gesamte aus dem optischen Element OPE austretende Licht wird somit bei verschwenkter Linse in einen kleinen Bereich konzentriert, was zu Blendeneffekten des Gegenverkehrs oder von Fußgängern führen kann, und wodurch die gesetzlichen Lichtwerte nicht mehr erfüllt werden können.
Um diesen negativen Effekt zu beseitigen und eine entsprechende Linse LIN auch für einen Kurvenlichtscheinwerfer verwenden zu können, ist weiters vorgesehen, dass die einzelnen Konturen KON seitlich nach Außen verlaufend eine gedämpften Verlauf aufweisen.
Dies ist in den 7 – 9 sowie 11, 12 und 19 entsprechend dargestellt. Die Kontur KON kann dabei linear gedämpft sein.
Allerdings ist gewünscht, dass die Lichtverteilung in dem Bereich BDG oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG einen homogenen Verlauf aufweist. „Homogen" bedeutet in diesem Zusammenhang allerdings nicht, dass die Lichtwerte überall in dem Bereich BDG gleich sind - vielmehr nehmen diese zum Rand des Bereiches hin ab -, sondern dass die Lichtwerte sich möglichst gleichmäßig ändern, sodass das Lichtbild keine „Fleckigkeit" aufweist, also keine abrupten Wechsel zwischen Hell und Dunkel vorhanden sind.
Mit z.B. einer linearen Dämpfung kann allerdings diese Bedingung bei einem Verschwenken der Linse nicht optimal bzw. gar nicht erfüllt werden.
Dementsprechend ist vorgesehen, dass die Dämpfung einen exponentiell nach Außen abnehmenden Verlauf aufweist, wodurch erzielt wird, dass das Licht homogen ausläuft. Die Lichtintensität weist dabei in dem Bereich BDG einen konstanten Gradienten auf, d.h. die Lichtintensität wird konstant weniger, sodass sich ein homogen auslaufender Eindruck der Lichtintensität ergibt. Bei einem abrupten Abbruch wäre eine Hell-Dunkel Grenze wie bei einem Abblendscheinwerfer zu sehen, was allerdings in der Regel unerwünscht ist. Der exponentielle Verlauf halt sich als Ideallösung für das oben beschriebene Problem herausgestellt.
Als Formel lässt sich der Verlauf der Amplitude AMP als Funktion der Koordinate x für eine Kontur KON wie folgt darstellen: AMP(x) = AMP0*Cos(2π*x/PEL)*exp(-x/dl)mit der Dämpfungslänge dl, die derart gewählt wird, dass das Lichtbild in allen Schwenkpositionen einen möglichst homogenen, gleichmäßig abnehmenden Verlauf der Lichtintensität wie oben beschrieben aufweist in allen Schwenkpositionen aufweist.
Die Kontur KON in 9 weist die typischen Werte von AMP₀ = 0,35 mm, PEL = 3,5 mm und dl = 6 mm auf.
Entsprechend weist auch die in den 11 und 12 dargestellte Kontur KON einen exponentiell nach Außen hin abnehmenden Verlauf auf.

Claims

Linse für einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem Projektionsmodul (MOD), das einen schalenförmigen Reflektor (REF), ein dem Reflektor (REF) zugeordnetes Leuchtmittel (LIQ), sowie die Linse (LIN) und eine zwischen der Linse (LIN) und Reflektor (REF) angeordnete Blende (BLE) aufweist, wobei die Blende (BLE) eine Hell-Dunkel-Grenze (HDG) eines Lichtbündels des Scheinwerfers abbildet, die Linse (LIN) eine vom Reflektor (REF) abgewandte konvexe Vorderseite (VOS) aufweist, ein optisches Element (OPE) auf der konvexen Vorderseite (VOS) der Linse (LIN) vorgesehen ist und die aus dem optischen Element (OPE) austretenden Lichtstrahlen (LBU, LBU') auf einen Bereich (BDG) oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) des Lichtbündels (LBU) des Scheinwerfers gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (OOE) des optischen Elementes (OPE) zumindest bereichsweise seitlich nebeneinander liegende, längliche Vertiefungen (VE1 – VE6) und/oder längliche Erhöhungen (EH1 – EH6) aufweist, wobei die Vertiefungen (VE1 – E6) und/oder Erhöhungen (EH1 – EH6) eine entlang der Oberfläche (OOE) des optischen Elementes (OPE) im Wesentlichen von oben nach unten gerichtete Längserstreckung aufweisen.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Vertiefungen (VE1 – VE6) und/oder Erhöhungen (EH1 – EH6) unmittelbar aneinander anschließen.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Vertiefungen/Erhöhungen (VE1 – VE6; EH1 – EH6) jeweils durch eine Erhöhung/Vertiefung (VE1 – VE6; EH1 – EH6) voneinander getrennt sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (VE1 – VE6) und/oder Erhöhungen (EH1 – EH6) in Ebenen (ev) verlaufen, welche normal auf eine Horizontalebene (Eho) durch die Linse (LIN) stehen.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Minima (MI1 – MI6) bzw. Maxima (MA1 – MA6) der Vertiefungen (VE1 – VE6) bzw. Erhöhungen (EH1 – EH6) in periodischen Abständen (PEL) seitlich aufeinander folgen.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (OOE) des optischen Elementes (OPE) im Bereich der Vertiefungen/Erhöhungen (VE1 – VE6, EH1 – EH6) durch eine Vielzahl von Konturen (KON) gebildet ist, welche in übereinander liegenden Ebenen (ee) seitlich nach Außen verlaufen.
Scheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen (ee) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Scheinwerfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen im Wesentlichen parallel zu einer Horizontalebene (Eho) durch die Linse (LIN) verlaufen.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen (KON) einen Cosinus- oder Sinusverlauf aufweisen.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Konturen (KON) einen Dreiecksverlauf aufweisen.
Scheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitzen der Dreiecke abgerundet sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Konturen (KON) seitlich nach Außen verlaufend eine gedämpften Verlauf aufweisen.
Scheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung einen exponentiell nach Außen abnehmenden Verlauf aufweist.