WO2024061674A1 - Scheinwerfer für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2024061674A1
WO2024061674A1 PCT/EP2023/074879 EP2023074879W WO2024061674A1 WO 2024061674 A1 WO2024061674 A1 WO 2024061674A1 EP 2023074879 W EP2023074879 W EP 2023074879W WO 2024061674 A1 WO2024061674 A1 WO 2024061674A1
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light
structural elements
headlight
refractive structure
headlight according
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PCT/EP2023/074879
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Carmen Bungenstock
Gerhard Kloos
Philip STROOP
Benjamin Willeke
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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Publication date
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    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/255—Lenses with a front view of circular or truncated circular outline
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    • F21S41/275—Lens surfaces, e.g. coatings or surface structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
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    • F21W2102/13—Arrangement or contour of the emitted light for high-beam region or low-beam region
    • F21W2102/135—Arrangement or contour of the emitted light for high-beam region or low-beam region the light having cut-off lines, i.e. clear borderlines between emitted regions and dark regions
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    • F21W2102/00—Exterior vehicle lighting devices for illuminating purposes
    • F21W2102/20—Illuminance distribution within the emitted light

Definitions

  • the present invention relates to a headlight for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the present invention further relates to a method for producing an optical component of the headlight according to the preamble of claim 14.
  • edges can be provided in the light distribution projected into the exterior of the vehicle. These can be, for example, the light-dark boundary of a low beam distribution or vertical edges of a matrix high beam.
  • the gradient of light intensity in the area of the light-dark boundary must be of a prescribed magnitude in accordance with a legal regulation known under the abbreviation AK-31 . This corresponds to the local softening of the light-dark boundary of the low beam distribution at a horizontal angle of -2.5°.
  • the technical difficulty lies in the fact that the light-dark boundary cannot be softened at other horizontal angles, or can only be softened barely noticeably.
  • Glare values must not be exceeded, particularly at a horizontal angle of 0°, in order to avoid impairing oncoming traffic.
  • Another conflicting technical requirement is that the active values of the headlight, such as the maximum intensity, may only be reduced very slightly. However, a softening of the light-dark boundary is usually accompanied by a reduction in these values.
  • a headlight of the aforementioned type is known from DE 10 2018 131 556 A1.
  • a projection lens of the headlight is to be provided with a microstructure.
  • This microstructure serves to locally soften the light-dark boundary.
  • Structural elements of this microstructure each have a width in the range of significantly less than 100 gm.
  • the implementation of such a microscopic structure in an industrial series process entails difficulties in terms of molding the microscopic structures, poses risks in terms of repeatability and increases the level of complexity of series production.
  • the introduction of the microstructure represents an additional process step.
  • the problem on which the present invention is based is to create a headlight of the type mentioned at the outset, which can be produced more simply and cost-effectively. Furthermore, a method for producing an optical component of the headlight should be specified.
  • the structural elements of the at least one refractive structure have a width of between 0.5 mm and 1.0 mm.
  • the height of the structural elements can be between 0.1 mm and 1.0 mm, preferably between 0.3 mm and 0.7 mm, for example approximately 0.5 mm.
  • the refractive structure is therefore not a microscopic but a macroscopic refractive structure.
  • a macroscopic structure is easier to specify, easier to pass on to the manufacturer of the component in terms of data technology and, in particular, is much easier to manufacture. Due to the selected mechanical dimensions of the structural elements, no diffractive effects or only very small diffractive effects occur on the refractive structure.
  • the effect of the optical component can be fully determined and predicted using ray optics. Color effects due to wave optical phenomena, such as can occur on very small structures, are at least reduced or even completely eliminated. It can be provided that at least one of the structural elements is ring-shaped or partially ring-shaped, in particular that several, preferably all, of the structural elements of the refractive structure are ring-shaped or partially ring-shaped. The structural elements can thus deflect parts of the light passing through them in a desired direction like a Fresnel lens.
  • the ring-shaped or partially ring-shaped structural elements are arranged coaxially or concentrically to one another. It can be provided that a first of the annular or partially annular structural elements has a smaller diameter than a second of the annular or partially annular structural elements.
  • At least one of the structural elements is partially ring-shaped in such a way that it extends in the circumferential direction over less than 360°, in particular only over a sector of a circle.
  • the optical component on which the refractive structure is arranged is modified, so that the optical component can fulfill its actual function more effectively.
  • At least one of the optical components is designed as a lens, in particular as an aspherical lens, with the refractive structure being integrated into the lens.
  • At least one of the optical components is designed as a lens with a Fresnel structure, the refractive structure being integrated into the Fresnel structure.
  • the Fresnel structure can comprise ring-shaped steps, each of which has a useful edge and an interference edge, the useful edge being that area of the step that is designed for light to pass through it, and the interference edge being that area of the step that is not set up so that light passes through it, the useful flanks of the Fresnel structure enclosing an angle of attack with a plane that is perpendicular to the optical axis of the lens, which can, for example, have a size between 0.1 ° and 5.0 °.
  • the integration of the refractive structure into the Fresnel structure leads to a partial change in the angles of attack of the useful flanks of the Fresnel structure, in particular whereby the angles of attack of the interference flanks of the Fresnel structure are not changed by the integration of the refractive structure into the Fresnel structure.
  • the diacaustic can be suitably expanded by light rays that pass through the optical component provided with the structure in a solid angle range around the light-dark boundary in order to suitably soften the light-dark boundary.
  • the headlight comprises a primary optics and a secondary optics, in particular wherein the primary optics is set up to shape the light emanating from the at least one light source in such a way that an extensive light distribution is generated, and wherein the secondary optics is set up to to convert the extended light distribution generated by the primary optics into a light distribution corresponding to the low beam distribution of the headlight.
  • the secondary optics can have a projection lens.
  • the refractive structure is arranged on the projection lens of the secondary optics.
  • the refractive structure can be integrated into the input side or the output side of the projection lens of the secondary optics.
  • the optical component is manufactured from plastic by injection molding, the refractive structure being created during the injection molding. In this way, additional work steps for introducing the refractive structure into the optical component are eliminated.
  • construction data of the optical component to be produced are used for the injection molding, which are generated in an iterative process with regard to the shape and the arrangement of the structural elements of the refractive structure, in particular where in an iteration step the shape and / or the Arrangement of at least one of the structural elements is changed and in a subsequent iteration step in a simulation it is determined whether an optical component manufactured according to these design data meets the legal requirements for low beam distribution, especially in the area of the light-dark boundary. An attempt can be made to keep both the effect of the refractive structure in the solid angle range to be viewed and its geometric proportion on the surface of the optical component as small as possible.
  • this iterative process ultimately leads to the specification of a softening function for the discrete angles of attack of the useful edges of the refractive structure, which achieves the desired effect.
  • This softening function can be implemented as a refractive structure and implemented in the optical component.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a headlight according to the invention with light rays shown as examples;
  • FIG. 2 shows a perspective view of a first embodiment of a projection lens of the headlight according to FIG. 1, wherein the projection lens is provided with a Fresnel structure;
  • FIG. 3 shows a view corresponding to FIG. 2 of the projection lens according to FIG. 2, in which the areas provided with a refractive structure are indicated;
  • FIG. 4 shows a perspective view of a second embodiment of a projection lens of a headlight according to the invention, the projection lens being provided with a Fresnel structure;
  • 5a shows a schematic section through a part of the Fresnel structure of the projection lens according to FIG. 2, in which no refractive structure for softening the light-dark boundary is integrated
  • 5b shows a schematic section through part of the Fresnel structure of the projection lens according to FIG. 3, into which a refractive structure for softening the light-dark boundary is integrated;
  • FIG. 6 is a perspective view of a projection lens of a headlight according to the prior art
  • FIG. 7 shows a perspective view of a third embodiment of a projection lens of a headlight according to the invention.
  • FIG. 8a shows a light distribution generated by a headlight that has no refractive structure to soften the light-dark boundary
  • FIG. 8b is a graphic that illustrates the change in the light intensity of the light distribution according to FIG. 8a in the vertical direction in the area of the light-dark boundary;
  • FIG. 9a shows a light distribution generated by the headlight according to FIG. 1;
  • Fig. 9b is a graphic that illustrates the change in the light intensity of the light distribution according to Fig. 9a in the vertical direction in the area of the light-dark boundary.
  • the exemplary embodiment of a headlight according to the invention shown in FIG. 1 comprises two light sources 1, which are shown only schematically, a primary optics 2, which has two optical components 3 connected to one another, and a secondary optics 4, which in particular has only one optical component, which serves as a projection lens 5 is formed. It is certainly possible that the primary optics 2 consists of only one component 3 or more than two components 3. There is also the possibility that the secondary optics 4 consists of more than one component.
  • the primary optics 2 are set up to shape the light 6 emanating from the light sources 1 in such a way that an extensive light distribution is generated. Furthermore, the secondary optics 4 is set up to convert the extended light distribution generated by the primary optics 2 into a light distribution corresponding to the low beam distribution of the headlight, which has a light-dark boundary.
  • the projection lens 5 has an input side 7 for the light 6 emanating from the primary optics 2 and an output side 8 from which the light 6 can emerge.
  • the projection lens 5 is designed as a lens with a Fresnel structure 9, the Fresnel structure 9 being arranged on the output side 8 of the projection lens 5 (see FIGS. 1 and 2).
  • the coupling side 7 is flat in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 3.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of the projection lens 5, in which the Fresnel structure 9 is arranged on a curved substrate.
  • the Fresnel structure 9 comprises annular steps 10, each of which has a useful edge 11 and an interference edge 12 (see Fig. 5a).
  • the useful edge 11 is that area of level 10 that is set up for light to pass through it
  • the interference edge 12 is that area of level 10 that is not set up for light to pass through it.
  • the useful flanks 11 of the Fresnel structure 9 enclose an angle of attack a with a plane that is perpendicular to the optical axis 13 of the lens, which can, for example, have a size between 0.1 ° and 5.0 ° (see Fig. 5a).
  • the height of the annular steps 10 increases from the center of the projection lens 5 in the radial direction outwards.
  • This is 5a which shows a radial section through the Fresnel structure 9, the left end of FIG. 5a corresponding to the center of the projection lens 5 and the right end of FIG. 5a corresponding to the edge of the projection lens 5. It is entirely possible that the height of the steps 10 does not change in the radial direction or changes in some other way.
  • a refractive structure 14 is provided to soften the light-dark boundary, which is at least partially integrated into the Fresnel structure 9.
  • the refractive structure 14 has structural elements 15 that are ring-shaped or partially ring-shaped (see Fig. 3).
  • the structural elements 15 of the refractive structure 14 can have a width b in the radial direction of the projection lens between 0.5 mm and 1.0 mm (see Fig. 5b).
  • the height h of the structural elements can in particular be between 0.1 mm and 1.0 mm, preferably between 0.3 mm and 0.7 mm, for example approximately 0.5 mm.
  • the refractive structure 14 is only integrated into the Fresnel structure 9 in individual areas. In these areas, at least segments of individual annular steps of the Fresnel structure 9 are replaced by annular or partially annular structural elements 15 of the refractive structure 14 (see FIG. 3).
  • the structural elements 15 of the refractive structure 14 each have a useful edge 16 and an interference edge 17 (see Fig. 4b and Fig. 5b).
  • the interference edge 17 of the refractive structure 14 is somewhat longer than the interference edge 12 of the Fresnel structure 9.
  • the angle of attack of the interference edge 17 of the refractive structure 14 is equal to the angle of attack of the interference edge 12 of the Fresnel structure 9.
  • the angle of attack cc' of the useful flank 16 of the refractive structure 14 is unequal to the angle of attack a of the useful flank 11 of the Fresnel structure 9.
  • the angle of attack cc' of the useful flank 16 of the refractive structure 14 is greater than the angle of attack a Useful flank 1 1 of the Fresnel structure 9.
  • the diacaustic can be suitably expanded around light rays that pass through the projection lens 5 in a solid angle range around the light-dark boundary in order to increase the brightness -Dark border suitable for softening. This is illustrated by way of example in FIGS. 8a to 9b.
  • FIG. 8a shows a low beam light distribution 18, which is generated by a projection lens 5 with a Fresnel structure 9 without a refractive structure 14 integrated therein.
  • This low beam distribution 18 has a light-dark boundary 19.
  • the change 20 in the light intensity of this low beam light distribution 18 in the vertical direction along line 21 is illustrated in FIG. 8b. It turns out that the change 20 is comparatively large, so that there is a very hard transition between the illuminated solid angle arranged below the light-dark boundary 19 and the unilluminated solid angle arranged above the light-dark boundary 19.
  • the gradient of the light intensity of the low beam light distribution 18 in the area of the light-dark boundary 19 is therefore very large.
  • FIG. 9a shows a low beam light distribution 22, which is generated by a projection lens 5 with a refractive structure 14 integrated into the Fresnel structure 9.
  • This low beam distribution 22 also has a light-dark boundary 19.
  • the change 20 in the light intensity of this low beam light distribution 22 in the vertical direction along line 21 is illustrated in FIG. 9b. It turns out that the change 20 is comparatively small, so that there is a smooth transition between the illuminated solid angle arranged below the light-dark boundary 19 and the unilluminated solid angle arranged above the light-dark boundary 19.
  • the gradient of the light intensity of the low beam light distribution 22 in the area of the light-dark boundary 22 is therefore comparatively small.
  • Fig. 6 shows a projection lens 5, which does not have a Fresnel structure, but is designed as a lens, in particular as a plano-convex aspherical lens.
  • Fig. 7 shows a projection lens 5, which is similar in shape to the lens according to Fig. 6.
  • a refractive structure 14 is integrated into the projection lens 5, which is designed to influence light passing through the projection lens 5 in such a way that the light-dark boundary is softened.
  • the refractive structure 14 can be designed similarly or identically to the structure 14 of the exemplary embodiments according to FIGS. 2 to 5b.
  • the structure 14 has structural elements 15, at least one of which is annular or partially annular.
  • the refractive structure 14 is arranged on the, in particular flat, coupling side 7 of the projection lens 5.
  • the refractive structure 14 is arranged on the, in particular convex, decoupling side 8 of the projection lens 5.

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Abstract

Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Lichtquelle (1), eine Optik mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen, die dazu eingerichtet ist, das von der mindestens einen Lichtquelle (1) ausgehende Licht (6) so zu formen und in den Außenraum des Kraftfahrzeug zu projizieren, dass eine Abblendlichtverteilung (22) des Scheinwerfers erzeugt wird, die eine Hell-Dunkel-Grenze (19) aufweist, mindestens eine refraktive Struktur (14), die auf mindestens einem der optischen Bauteile angeordnet ist und eine Mehrzahl von Strukturelementen (15) aufweist, wobei die mindestens eine Struktur (14) dazu eingerichtet ist, den Gradienten der Lichtintensität der Abblendlichtverteilung (22) im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze (19) zu beeinflussen, wobei die Strukturelemente (15) der mindestens einen refraktiven Struktur eine Breite (b) zwischen 0,5 mm und 1,0 mm aufweisen.

Description

Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils des Scheinwerfers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Bei als Scheinwerfern ausgebildeten Beleuchtungsvorrichtungen für ein Kraftfahrzeug können Kanten in der in den Außenraum des Fahrzeug projizierten Lichtverteilung vorgesehen sein. Dies können beispielsweise die Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung oder vertikale Kanten eines Matrix-Fernlichtes sein. Bei der Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) in den Außenraum des Kraftfahrzeugs muss der Gradient der Lichtintensität im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze gemäß einer gesetzlichen Vorschrift, die unter dem Kürzel AK-31 bekannt ist, in einer vorgeschriebenen Größenordnung liegen. Das entspricht dem lokalen Aufweichen der Hell-Dunkel-Grenze der Abblendlichtverteilung bei einem Horizontalwinkel von -2,5°. Die technische Schwierigkeit liegt darin, dass die Hell-Dunkel-Grenze bei anderen Horizontalwinkeln nicht oder nur kaum merklich aufgeweicht werden darf. So dürfen insbesondere bei einem Horizontalwinkel von 0° Blendwerte nicht überschritten werden, um eine Beeinträchtigung des entgegenkommenden Verkehres zu vermeiden. Eine weitere widerstreitende technische Anforderung besteht darin, dass die Aktivwerte des Scheinwerfers wie zum Beispiel die Maximalintensität nur sehr geringfügig abgesenkt werden dürfen. Ein Aufweichen der Hell-Dunkel-Grenze geht jedoch gewöhnlich mit einer Verringerung dieser Werte einher.
Ein Scheinwerfer der vorgenannten Art ist aus der DE 10 2018 131 556 A1 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Scheinwerfer ist eine Projektionslinse des Scheinwerfers mit einer Mikrostruktur zu versehen. Diese Mikrostruktur dient dazu, die Hell-Dunkel-Grenze lokal aufzuweichen. Strukturelemente dieser Mikrostruktur weisen jeweils eine Breite im Bereich von deutlich weniger als 100 gm auf. Die Umsetzung einer derartigen mikroskopischen Struktur in einem industriellen Serienprozess bringt Schwierigkeiten bezüglich des Abformens der mikroskopisch kleinen Strukturen mit sich, birgt Risiken bezüglich der Wiederholbarkeit und erhöht den Komplexitätsgrad der Serienfertigung. Des Weiteren stellt das Einbringen der Mikrostruktur einen zusätzlichen Prozessschritt dar.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung eines Scheinwerfers der eingangs genannten Art, der sich einfacher und kostengünstiger herstellen lässt. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils des Scheinwerfers angegeben werden.
Dies wird erfindungsgemäß durch einen Scheinwerfer der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Strukturelemente der mindestens einen refraktiven Struktur eine Breite zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm aufweisen. Insbesondere kann dabei die Höhe der Strukturelemente zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,7 mm, beispielsweise etwa 0,5 mm groß sein. Im Unterschied zum Stand der Technik handelt es sich bei der refraktiven Struktur somit nicht um eine mikroskopische, sondern um eine makroskopisch refraktive Struktur. Eine makroskopische Struktur lässt sich einfacher angeben, datentechnisch leichter an den Hersteller des Bauelementes weitergeben und ist insbesondere deutlich einfacher herstellbar. Aufgrund der gewählten mechanischen Abmessungen der Strukturelemente treten keine diffraktiven Effekte oder nur sehr kleine diffraktive Effekte an der refraktiven Struktur auf. Damit lässt sich die Wirkung des optischen Bauteiles strahlenoptisch vollständig bestimmen und Vorhersagen. Auch Farbeffekte aufgrund wellenoptischer Erscheinungen, wie sie an sehr kleinen Strukturen auftreten können, sind zumindest reduziert oder sogar vollständig ausgeschlossen. Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Strukturelemente ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist, insbesondere dass mehrere, vorzugsweise sämtliche, der Strukturelemente der refraktiven Struktur ringförmig oder teilringförmig ausgebildet sind. Die Strukturelemente können somit wie eine Fresnellinse Teile des durch sie hindurchtretenden Lichts in eine gewünschte Richtung ablenken.
Es besteht die Möglichkeit, dass die ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Strukturelemente koaxial oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein erstes der ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Strukturelemente einen kleineren Durchmesser als ein zweites der ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Strukturelemente aufweist.
Es besteht die Möglichkeit, dass mindestens eines der Strukturelemente derart teilringförmig ausgebildet ist, dass es sich in Umfangsrichtung über weniger als 360° erstreckt, insbesondere nur über einen Sektor eines Kreises erstreckt. Dadurch wird nur ein kleinerer Teil des optischen Bauteils, auf dem die refraktive Struktur angeordnet ist, modifiziert, so dass das optische Bauteil seine eigentliche Funktion wirksamer erfüllen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der optischen Bauteile als Linse, insbesondere als asphärische Linse, ausgebildet ist, wobei die refraktive Struktur in die Linse integriert ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der optischen Bauteile als Linse mit einer Fresnelstruktur ausgebildet ist, wobei die refraktive Struktur in die Fresnelstruktur integriert ist. Dabei kann die Fresnelstruktur ringförmige Stufen umfassen, die jeweils eine Nutzflanke und eine Störflanke aufweisen, wobei die Nutzflanke derjenige Bereich der Stufe ist, der dazu eingerichtet ist, dass durch ihn Licht hindurchtritt, und wobei die Störflanke derjenige Bereich der Stufe ist, der nicht dazu eingerichtet, dass durch ihn Licht hindurchtritt, wobei die Nutzflanken der Fresnelstruktur mit einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse der Linse ist, einen Anstellwinkel einschließen, der beispielsweise eine Größe zwischen 0,1 ° und 5,0° aufweisen kann. Es besteht die Möglichkeit, dass die Integration der refraktiven Struktur in die Fresnelstruktur zu einer teilweisen Veränderung der Anstellwinkel der Nutzflanken der Fresnelstruktur führt, insbesondere wobei die Anstellwinkel der Störflanken der Fresnelstruktur durch die Integration der refraktiven Struktur in die Fresnelstruktur nicht verändert werden. Durch eine leichte Veränderung der Anstellwinkel einiger Nutzflanken kann die Diakaustik um Lichtstrahlen, die in einem Raumwinkelbereich um die Hell- Dunkel-Grenze durch das mit der Struktur versehene optisch Bauteil hindurchtreten, geeignet aufgeweitet werden, um die Hell-Dunkel-Grenze geeignet aufzuweichen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer eine Primäroptik und eine Sekundäroptik umfasst, insbesondere wobei die Primäroptik dazu eingerichtet ist, das von der mindestens einen Lichtquelle ausgehende Licht so zu formen, dass eine ausgedehnte Lichtverteilung erzeugt wird, und wobei die Sekundäroptik dazu eingerichtet ist, die von der Primäroptik erzeugte ausgedehnte Lichtverteilung in eine der Abblendlichtverteilung des Scheinwerfers entsprechende Lichtverteilung zu überführen. Dabei kann die Sekundäroptik eine Projektionslinse aufweisen.
Es besteht die Möglichkeit, dass die refraktive Struktur auf der Projektionslinse der Sekundäroptik angeordnet ist. Dabei kann die refraktive Struktur in die Einkoppelseite oder die Auskoppelseite der Projektionslinse der Sekundäroptik integriert sein.
Gemäß Anspruch 14 ist vorgesehen, dass das optische Bauteil durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt wird, wobei die refraktive Struktur bei dem Spritzgießen mit erzeugt wird. Auf diese Weise entfallen zusätzliche Arbeitsschritte zur Einbringung der refraktiven Struktur in das optische Bauteil.
Es kann vorgesehen sein, dass für das Spritzgießen Konstruktionsdaten des herzustellenden optischen Bauteils verwendet werden, die hinsichtlich der Form und der Anordnung der Strukturelemente der refraktiven Struktur in einem iterativen Verfahren generiert werden, insbesondere wobei in einem Iterationsschritt in den Konstruktionsdaten die Form und/oder die Anordnung mindestens eines der Strukturelemente verändert wird und wobei in einem darauffolgenden Iterationsschritt in einer Simulation ermittelt wird, ob ein gemäß diesen Konstruktionsdaten hergestelltes optisches Bauteil die gesetzlichen Vorgaben für die Abblendlichtverteilung, insbesondere im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze, erfüllt. Dabei kann versucht werden, sowohl die Wirkung der refraktiven Struktur im zu betrachtenden Raumwinkelbereich als auch ihren geometrischen Anteil auf der Oberfläche des optischen Bauteils möglichst klein zu halten. Insbesondere führt dieses iterative Verfahren schließlich zu der Angabe einer Aufweichungsfunktion für die diskreten Anstellwinkel der Nutzflanken der refraktiven Struktur, die das Gewünschte leistet. Diese Aufweichungsfunktion kann als refraktive Struktur umgesetzt und in das optische Bauteil implementiert werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Projektionslinse des Scheinwerfers gemäß Fig. 1 , wobei die Projektionslinse mit einer Fresnelstruktur versehen ist;
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht der Projektionslinse gemäß Fig. 2, bei der die mit refraktiven Struktur versehenen Bereiche angedeutet sind;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Projektionslinse eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers, wobei die Projektionslinse mit einer Fresnelstruktur versehen ist;
Fig. 5a einen schematischen Schnitt durch einen Teil der Fresnelstruktur der Projektionslinse gemäß Fig. 2, in den keine refraktive Struktur zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze integriert ist; Fig. 5b einen schematischen Schnitt durch einen Teil der Fresnelstruktur der Projektionslinse gemäß Fig. 3, in den eine refraktive Struktur zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze integriert ist;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Projektionslinse eines Scheinwerfers gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Projektionslinse eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
Fig. 8a eine von einem Scheinwerfer erzeugte Lichtverteilung, der keine refraktive Struktur zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze aufweist;
Fig. 8b eine Grafik, die die Veränderung der Lichtstärke der Lichtverteilung gemäß Fig. 8a in vertikaler Richtung im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze verdeutlicht;
Fig. 9a eine von dem Scheinwerfer gemäß Fig. 1 erzeugte Lichtverteilung;
Fig. 9b eine Grafik, die die Veränderung der Lichtstärke der Lichtverteilung gemäß Fig. 9a in vertikaler Richtung im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze verdeutlicht.
In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in Fig. 1 abgebildete Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers umfasst zwei lediglich schematisch dargestellte Lichtquellen 1 , eine Primäroptik 2, die zwei miteinander verbundene optische Bauteile 3 aufweist, sowie eine Sekundäroptik 4, die insbesondere lediglich ein optisches Bauteil aufweist, das als Projektions- linse 5 ausgebildet ist. Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass die Primäroptik 2 lediglich aus einem Bauteil 3 oder aus mehr als zwei Bauteilen 3 besteht. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Sekundäroptik 4 aus mehr als einem Bauteil besteht.
Dabei ist die Primäroptik 2 dazu eingerichtet, das von den Lichtquellen 1 ausgehende Licht 6 so zu formen, dass eine ausgedehnte Lichtverteilung erzeugt wird. Weiterhin ist die Sekundäroptik 4 dazu eingerichtet, die von der Primäroptik 2 erzeugte ausgedehnte Lichtverteilung in eine der Abblendlichtverteilung des Scheinwerfers entsprechende Lichtverteilung zu überführen, die eine Hell-Dunkel-Grenze aufweist.
Die Projektionslinse 5 weist eine Einkoppelseite 7 für das von der Primäroptik 2 ausgehenden Licht 6 und eine Auskoppelseite 8 auf, aus der das Licht 6 austreten kann. Die Projektionslinse 5 ist als Linse mit einer Fresnelstruktur 9 ausgebildet, wobei die Fresnelstruktur 9 auf der Auskoppelseite 8 der Projektionslinse 5 angeordnet ist (siehe Fig. 1 und Fig. 2).
Die Einkoppelseite 7 ist im in den Fig. 1 bis Fig. 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel plan ausgebildet. Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Projektionslinse 5, bei der die Fresnelstruktur 9 auf einem gewölbten Substrat angeordnet ist.
Die Fresnelstruktur 9 umfasst ringförmige Stufen 10, die jeweils eine Nutzflanke 11 und eine Störflanke 12 aufweisen (siehe Fig. 5a). Dabei ist die Nutzflanke 11 derjenige Bereich der Stufe 10, der dazu eingerichtet ist, dass durch ihn Licht hindurchtritt, und die Störflanke 12 derjenige Bereich der Stufe 10, der nicht dazu eingerichtet ist, dass durch ihn Licht hindurchtritt. Dabei schließen die Nutzflanken 11 der Fresnelstruktur 9 mit einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse 13 der Linse ist, einen Anstellwinkel a ein, der beispielsweise eine Größe zwischen 0,1 ° und 5,0° aufweisen kann (siehe Fig. 5a).
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel nimmt die Höhe der ringförmigen Stufen 10 von der Mitte der Projektionslinse 5 in radialer Richtung nach außen hin zu. Dies ist aus Fig. 5a ersichtlich, die einen radialen Schnitt durch die Fresnelstruktur 9 zeigt, wobei das linke Ende der Fig. 5a der Mitte der Projektionslinse 5 und das rechte Ende der Fig. 5a dem Rand der Projektionslinse 5 entspricht. Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass die Höhe der Stufen 10 sich in radialer Richtung nicht ändert oder auf eine andere Weise ändert.
Es ist weiterhin zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze eine refraktive Struktur 14 vorgesehen, die zumindest abschnittsweise in die Fresnelstruktur 9 integriert ist. Entsprechend den Stufen 10 der Fresnelstruktur 9 weist die refraktive Struktur 14 Strukturelemente 15 auf, die ringförmig oder teilringförmig ausgebildet sind (siehe Fig. 3). Dabei können die Strukturelemente 15 der refraktiven Struktur 14 eine Breite b in radialer Richtung der Projektionslinse zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm aufweisen (siehe Fig. 5b). Die Höhe h der Strukturelemente kann insbesondere zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,7 mm, beispielsweise etwa 0,5 mm groß sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und Fig. 3 ist die refraktive Struktur 14 nur in einzelnen Bereichen in die Fresnelstruktur 9 integriert. In diesen Bereichen sind zumindest Segmente einzelner ringförmiger Stufen der 10 Fresnelstruktur 9 durch ringförmige oder teilringförmige Strukturelemente 15 der refraktiven Struktur 14 ersetzt (siehe Fig. 3).
Wie bei der Fresnelstruktur 9 weisen die Strukturelemente 15 der refraktiven Struktur 14 jeweils eine Nutzflanke 16 und eine Störflanke 17 auf (siehe Fig. 4b und Fig. 5b). In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Störflanke 17 der refraktiven Struktur 14 zwar etwas länger als die Störflanke 12 der Fresnelstruktur 9. Der Anstellwinkel der Störflanke 17 der refraktiven Struktur 14 ist jedoch gleich dem Anstellwinkel der Störflanke 12 der Fresnelstruktur 9.
Der Anstellwinkel cc‘ der Nutzflanke 16 der refraktiven Struktur 14 ist ungleich dem Anstellwinkel a der Nutzflanke 1 1 der Fresnelstruktur 9. Insbesondere ist der Anstellwinkel cc‘ der Nutzflanke 16 der refraktiven Struktur 14 größer als der Anstellwinkel a der Nutzflanke 1 1 der Fresnelstruktur 9. Durch den veränderten Anstellwinkel cc‘ der Nutzflanke 16 der refraktiven Struktur 14 kann die Diakaustik um Lichtstrahlen, die in einem Raumwinkelbereich um die Hell-Dunkel-Grenze durch die Projektionslinse 5 hindurchtreten, geeignet aufgeweitet werden, um die Hell-Dunkel-Grenze geeignet aufzuweichen. Dies ist beispielhaft in Fig. 8a bis Fig. 9b verdeutlicht.
Fig. 8a zeigt eine Abblendlichtverteilung 18, die von einer Projektionslinse 5 mit Fresnelstruktur 9 ohne darin integrierte refraktive Struktur 14 erzeugt wird. Diese Abblendlichtverteilung 18 weist eine Hell-Dunkel-Grenze 19 auf. Die Veränderung 20 der Lichtstärke dieser Abblendlichtverteilung 18 in vertikaler Richtung längs der Linie 21 wird in Fig. 8b verdeutlicht. Es zeigt sich, dass die Veränderung 20 vergleichsweise groß ist, so dass ein sehr harter Übergang zwischen dem unterhalb der Hell-Dunkel- Grenze 19 angeordneten ausgeleuchteten Raumwinkel und dem oberhalb der Hell- Dunkle-Grenze 19 angeordneten nicht ausgeleuchteten Raumwinkel vorliegt. Der Gradient der Lichtintensität der Abblendlichtverteilung 18 im Bereich der Hell-Dunkel- Grenze 19 ist also sehr groß.
Fig. 9a zeigt eine Abblendlichtverteilung 22, die von einer Projektionslinse 5 mit in die Fresnelstruktur 9 integrierter refraktiver Struktur 14 erzeugt wird. Diese Abblendlichtverteilung 22 weist ebenfalls eine Hell-Dunkel-Grenze 19 auf. Die Veränderung 20 der Lichtstärke dieser Abblendlichtverteilung 22 in vertikaler Richtung längs der Linie 21 wird in Fig. 9b verdeutlicht. Es zeigt sich, dass die Veränderung 20 vergleichsweise klein ist, so dass ein weicher Übergang zwischen dem unterhalb der Hell-Dunkel- Grenze 19 angeordneten ausgeleuchteten Raumwinkel und dem oberhalb der Hell- Dunkle-Grenze 19 angeordneten nicht ausgeleuchteten Raumwinkel vorliegt. Der Gradient der Lichtintensität der Abblendlichtverteilung 22 im Bereich der Hell-Dunkel- Grenze 22 ist also vergleichsweise klein.
Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass die refraktive Struktur 14 nicht auf der Auskoppelseite 8 der Projektionslinse 5, sondern auf der Einkoppelseite 7 der Projektionslinse 5 angeordnet ist. Fig. 6 zeigt eine Projektionslinse 5, die keine Fresnelstruktur aufweist, sondern als Linse ausgebildet ist, insbesondere als plan-konvexe asphärische Linse, ausgebildet ist.
Fig. 7 zeigt eine Projektionslinse 5, die hinsichtlich ihrer Form der Linse gemäß Fig. 6 gleicht. Allerdings ist in die Projektionslinse 5 eine refraktive Struktur 14 integriert, die dazu eingerichtet ist, durch die Projektionslinse 5 hindurchtretendes Licht so zu beeinflussen, dass die Hell-Dunkel-Grenze aufgeweicht wird. Dabei kann die refraktive Struktur 14 ähnlich oder gleich der Struktur 14 der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 2 bis Fig. 5b ausgebildet sein. Insbesondere weist die Struktur 14 Strukturelemente 15 auf, von denen mindestens eines ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist.
Die refraktive Struktur 14 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 auf der, insbesondere planen, Einkoppelseite 7 der Projektionslinse 5 angeordnet. Es besteht dabei durchaus die Möglichkeit, dass die refraktive Struktur 14 auf der, insbesondere konvexen, Auskoppelseite 8 der Projektionslinse 5 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste
1 Lichtquelle
2 Primäroptik
3 optisches Bauteil der Primäroptik
4 Sekundäroptik
5 Projektionslinse der Sekundäroptik
6 von der Lichtquelle ausgehendes Licht
7 Einkoppelseite der Projektionslinse
8 Auskoppelseite der Projektionslinse
9 Fresnelstruktur der Projektionslinse
10 ringförmige Stufe der Fresnelstruktur
11 Nutzflanke der Fresnelstruktur
12 Störflanke der Fresnelstruktur
13 optische Achse der durch die Fresnelstruktur gebildeten Linse
14 refraktive Struktur zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze
15 Strukturelement der refraktiven Struktur 16 Nutzflanke der refraktiven Struktur
17 Störflanke der refraktiven Struktur
18 Abblendlichtverteilung, die von einer Projektionslinse mit Fresnelstruktur ohne darin integrierte refraktive Struktur erzeugt wird
19 Hell-Dunkel-Grenze der Abblendlichtverteilung
20 Veränderung der Lichtstärke der Abblendlichtverteilung
21 Linie in vertikaler Richtung der Abblendlichtverteilung
22 Abblendlichtverteilung, die von einer Projektionslinse mit in die Fresnelstruktur integrierter refraktiver Struktur erzeugt wird b Breite eines Strukturelements der refraktiven Struktur in radialer Richtung h Höhe eines Strukturelements der refraktiven Struktur a Anstellwinkel der Nutzflanke der Fresnelstruktur cc‘ Anstellwinkel der Nutzflanke der refraktiven Struktur

Claims

Patentansprüche:
1 . Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- mindestens eine Lichtquelle (1 ),
- eine Optik mit einer Mehrzahl von optischen Bauteilen, die dazu eingerichtet ist, das von der mindestens einen Lichtquelle (1 ) ausgehende Licht (6) so zu formen und in den Außenraum des Kraftfahrzeug zu projizieren, dass eine Abblendlichtverteilung (22) des Scheinwerfers erzeugt wird, die eine Hell-Dunkel-Grenze (19) aufweist,
- mindestens eine refraktive Struktur (14), die auf mindestens einem der optischen Bauteile angeordnet ist und eine Mehrzahl von Strukturelementen (15) aufweist, wobei die mindestens eine Struktur (14) dazu eingerichtet ist, den Gradienten der Lichtintensität der Abblendlichtverteilung (22) im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze (19) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (15) der mindestens einen refraktiven Struktur eine Breite (b) zwischen 0,5 mm und 1 ,0 mm aufweisen.
2. Scheinwerfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Strukturelemente (15) ringförmig oder teilringförmig ausgebildet ist, insbesondere dass mehrere, vorzugsweise sämtliche, der Strukturelemente (15) der refraktiven Struktur (14) ringförmig oder teilringförmig ausgebildet sind.
3. Scheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Strukturelemente (15) koaxial oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes der ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Strukturelemente (15) einen kleineren Durchmesser als ein zweites der ringförmig oder teilringförmig ausgebildeten Strukturelemente (15) aufweist. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Strukturelemente (15) derart teilringförmig ausgebildet ist, dass es sich in Umfangsrichtung über weniger als 360° erstreckt, insbesondere nur über einen Sektor eines Kreises erstreckt. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der optischen Bauteile als Linse, insbesondere als asphärische Linse, ausgebildet ist, wobei die refraktive Struktur (14) in die Linse integriert ist. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der optischen Bauteile als Linse mit einer Fresnelstruktur (9) ausgebildet ist, wobei die refraktive Struktur (14) in die Fresnelstruktur (9) integriert ist. Scheinwerfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnelstruktur (9) ringförmige Stufen (10) umfasst, die jeweils eine Nutzflanke (1 1 ) und eine Störflanke (12) aufweisen, wobei die Nutzflanke (11 ) derjenige Bereich der Stufe (10) ist, der dazu eingerichtet ist, dass durch ihn Licht hindurchtritt, und wobei die Störflanke (12) derjenige Bereich der Stufe (10) ist, der nicht dazu eingerichtet, dass durch ihn Licht hindurchtritt, wobei die Nutzflanken (11 ) der Fresnelstruktur (9) mit einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse (13) der Linse ist, einen Anstellwinkel (a) einschließen, der beispielsweise eine Größe zwischen 0,1 ° und 5,0° aufweisen kann.
. Scheinwerfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Integration der refraktiven Struktur (14) in die Fresnelstruktur (9) zu einer teilweisen Veränderung der Anstellwinkel (a) der Nutzflanken (1 1 ) der Fresnelstruktur (9) führt, insbesondere wobei die Anstellwinkel der Störflanken (12) der Fresnelstruktur (9) durch die Integration der refraktiven Struktur (14) in die Fresnelstruktur (9) nicht verändert werden. 0. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer eine Primäroptik (2) und eine Sekundäroptik (4) umfasst, insbesondere wobei die Primäroptik (2) dazu eingerichtet ist, das von der mindestens einen Lichtquelle (1 ) ausgehende Licht (6) so zu formen, dass eine ausgedehnte Lichtverteilung erzeugt wird, und wobei die Sekundäroptik (4) dazu eingerichtet ist, die von der Primäroptik (2) erzeugte ausgedehnte Lichtverteilung in eine der Abblendlichtverteilung (22) des Scheinwerfers entsprechende Lichtverteilung zu überführen. 1 . Scheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (4) eine Projektionslinse (5) aufweist. 2. Scheinwerfer nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die refrak- tive Struktur (14) auf der Projektionslinse (5) der Sekundäroptik (4) angeordnet ist. 3. Scheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die refrak- tive Struktur (14) in die Einkoppelseite (7) oder die Auskoppelseite (8) der Projektionslinse (5) der Sekundäroptik (4) integriert ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils für einen Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei auf dem optischen Bauteil die refraktive Struktur (14) angeordnet ist, die dazu eingerichtet ist, den Gradienten der Lichtintensität der Abblendlichtverteilung (22) im Bereich der Hell- Dunkel-Grenze (19) zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt wird, wobei die refraktive Struktur (14) bei dem Spritzgießen mit erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für das Spritzgießen Konstruktionsdaten des herzustellenden optischen Bauteils verwendet werden, die hinsichtlich der Form und der Anordnung der Strukturelemente (15) der refraktiven Struktur (14) in einem iterativen Verfahren generiert werden, insbesondere wobei in einem Iterationsschritt in den Konstruktionsdaten die Form und/oder die Anordnung mindestens eines der Strukturelemente (15) verändert wird und wobei in einem darauffolgenden Iterationsschritt in einer Simulation ermittelt wird, ob ein gemäß diesen Konstruktionsdaten hergestelltes optisches Bauteil die gesetzlichen Vorgaben für die Abblendlichtverteilung (22), insbesondere im Bereich der Hell-Dunkel- Grenze (19), erfüllt.
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