Beschreibung

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bau teils für eine Beleuchtungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei das optische Bau teil mindestens eine strukturierte Oberfläche aufweist. Die vorliegenden Erfindung be trifft weiterhin ein optisches Bauteil für eine Beleuchtungsvorrichtung eines Kraftfahr zeugs, eine Mehrzahl derartiger optischer Bauteile sowie eine Beleuchtungsvorrich tung für ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen optischen Bauteil.

Beispielsweise 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 spielsweise bei der Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) durch Projektionsmodu- le 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 vorge schriebenen Größenordnung liegen. Durch eine Strukturierung mindestens einer Oberfläche eines optischen Bauteils der Beleuchtungsvorrichtung können Streuwir kungen erzeugt werden, um über das optische Bauteil abgebildete Kanten aufzuwei chen oder um Inhomogenitäten in einer Lichtverteilung zu reduzieren. Es sind Struktu rierungen von optischen Bauteilen bekannt, die einer mathematisch genau beschrie benen geometrischen Form entsprechen, wie beispielsweise sinusförmige Mikrostruk turen. Derartige Strukturen setzen eine sehr genaue Fertigung voraus, um das ge wünschte Ergebnis zu erzielen. Kleine Abweichungen in der Herstellung können zu wenig zufriedenstellenden Ergebnissen bei der gesetzlichen Bewertung der mit derar tigen Bauteilen erzeugten Hell-Dunkel-Grenze führen. Dabei können beispielsweise lokale Fehlstellen in der Strukturierung zu einem leichten Sprung im Intensitätsverlauf führen, woraus bei kleinen Intensitäten ein hoher AK-31 -Wert sowie unter Umständen eine doppelte Hell-Dunkel-Grenze entstehen können. Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Angabe eines Ver fahrens, mit dem ein optischen Bauteil erzeugt werden kann, dass durch die Struktur der Oberfläche eine effektive Streuwirkung erzielen kann. Weiterhin sollen ein derarti ges Bauteil, eine Mehrzahl derartiger Bauteile und eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem derartigen Bauteil angegeben werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein optisches Bauteil der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 6, eine Mehrzahl von optischen Bauteilen der ein gangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch eine Beleuch tungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht.

Gemäß Anspruch 1 umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:

- Erzeugen einer ersten virtuellen Darstellung der zu strukturierenden Oberfläche des Bauteils,

- Aufbringen eines Rasters von Punkten auf die virtuelle Darstellung der zu struktu rierenden Oberfläche des Bauteils,

- random isierte Verschiebung sämtlicher oder einer Mehrzahl der Punkte in positiver oder negativer Richtung parallel zur jeweiligen Normalen auf der Oberfläche, um die Oberfläche zu strukturieren,

- Erstellen einer zweiten virtuellen Darstellung der Oberfläche, die die durch die

Verschiebung der Punkte erzielte Strukturierung wiedergibt,

- Fertigen des Bauteils auf Basis der zweiten virtuellen Darstellung der Oberfläche.

Durch die randomisierte Verschiebung sämtlicher oder einer Mehrzahl der Punkte in positiver oder negativer Richtung parallel zur jeweiligen Normalen auf der Oberfläche werden Vertiefungen und Erhöhungen erzeugt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Ausmaß der Verschiebung parallel zur jeweiligen Normale auf der Oberfläche sich bei zumindest zwei Punkten voneinander unterscheidet und/oder dass der Abstand zumindest einzelner benachbarter Punkte zueinander unterschiedlich ist. Insbesonde- re können das Ausmaß der Vertiefungen und Erhöhungen parallel zur jeweiligen Nor male auf der Oberfläche und/oder deren Abstand zueinander zufällig verteilt sein. Dadurch ergibt sich eine bessere statistische Verteilung der Streuwinkel von Licht, das durch die strukturierte Oberfläche des Bauteils hindurchtritt. Bei einer Beleuchtungs vorrichtung mit einem derartigen Bauteil führt dies insbesondere zu einer Weichzeich nung einer projizierten Hell-Dunkel-Grenze. Weiterhin kann die stochastische Ausbil dung der Mikrostruktur zu einer eindeutigen Hell-Dunkel-Grenze führen und hilfreich bei dem Kaschieren von Farbeffekten an der Hell-Dunkel-Grenze sein. Zusätzlich ist die Herstellung der Strukturen toleranzunempfindlicher. Dabei kann zwischen horizon taler und vertikaler Streuwirkung differenziert werden.

Es besteht die Möglichkeit, dass der random isierten Verschiebung der Punkte und/oder dem Abstand zumindest einzelner benachbarter Punkte zueinander eine statistische Verteilung, insbesondere eine Normalverteilung, zugrunde gelegt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Modulationsbandbreite der statistische Vertei lung, insbesondere die Varianz der Normalverteilung, an mindestens zwei Orten auf der Oberfläche eine unterschiedliche Größe aufweist. Durch die Veränderung der Mo dulationsbreite beziehungsweise der Varianz der Verteilung kann Einfluss auf die sta tistische Verteilung der Streuwinkel genommen werden.

Es besteht die Möglichkeit, dass die zweite virtuelle Darstellung der Oberfläche, die die durch die Verschiebung der Punkte erzielte Strukturierung wiedergibt, eine

NURBS-Fläche ist. Dadurch kann das Verfahren in einen beispielsweise CAD- basierten Fertigungsprozess eingebunden werden. Beispielsweise kann die NURBS- Fläche als CAD-Vorgabe bei der Konstruktion des optischen Bauteils berücksichtigt werden und für die gewünschte Streuwirkung sorgen.

Gemäß Anspruch 6 umfasst das optisches Bauteil eine Oberfläche, die mit einer Struktur versehen ist, wobei die Struktur eine Mehrzahl von Vertiefungen und Erhö hungen aufweist, deren Ausmaß parallel zur jeweiligen Normale auf der Oberfläche und/oder deren Abstand zueinander zufällig verteilt ist. Insbesondere ist das Bauteil ein durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestelltes Bauteil. Es kann vorgesehen sein, dass das Bauteil ein zumindest teilweise transparentes Bauteil ist, durch das Licht hindurchtreten kann, wie beispielsweise eine Linse oder ein Prisma, oder dass das Bauteil ein Bauteil ist, von dem Licht reflektiert werden kann, wie beispielsweise ein Spiegel. Damit lässt sich in eine Vielzahl von unter schiedlichen Beleuchtungsvorrichtungen ein Bauteil auswählen, das mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren strukturiert wird und den gewünschten Streueffekt erreicht.

Anspruch 8 sieht für die Mehrzahl von optischen Bauteilen vor, dass die Bauteile iden tische mit Strukturen versehene Oberflächen aufweisen. Nach dem erfindungsgemä ßen Verfahren können in reproduzierbarer weise eine Vielzahl von identisch struktu rierten Bauteilen erzeugt werden, wodurch die gewünschten Eigenschaften der zu fertigenden Bauteile gewährleistet werden können.

Gemäß Anspruch 9 umfasst die Beleuchtungsvorrichtung ein erfindungsgemäßes op tisches Bauteil.

Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Be leuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer mit Mitteln zur Erzeugung einer Hell-Dunkel- Grenze und/oder ein Scheinwerfer mit Mitteln zur Erzeugung eines Matrix-Fernlichts ist.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch eine virtuelle Darstellung einer mit einem erfindungsgemäßen

Verfahren zu strukturierenden Oberfläche eines Bauteils mit einem Raster von Punkten;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1 ; Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III - III in Fig. 1 ;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvor richtung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer von einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtverteilung, wobei die Beleuchtungs vorrichtung kein erfindungsgemäßes optisches Bauteil umfasst;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer ersten von einer erfindungsgemäßen

Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtverteilung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer zweiten von einer erfindungsgemä ßen Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtvertei lung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer dritten von einer erfindungsgemäßen

Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtverteilung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer von einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtverteilung, wobei die Beleuchtungs vorrichtung kein erfindungsgemäßes optisches Bauteil umfasst;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer vierten von einer erfindungsgemäßen

Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtverteilung;

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer fünften von einer erfindungsgemäßen

Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erzeugten Lichtverteilung.

In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin ist in einige der Figuren ein kartesisches Koordinatensystem ein gezeichnet. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erste virtuelle Darstellung einer zu strukturierenden Oberfläche 1 eines optischen Bauteils erzeugt. Die erste virtuelle Darstellung 1 kann eine Computergrafik sein. In dem in Fig. 1 abgebildeten Ausfüh rungsbeispiel ist die Oberfläche 1 plan. Die Oberfläche kann jedoch durchaus ge krümmt sein, beispielsweise asphärisch gekrümmt sein.

Die erste virtuelle Darstellung der Oberfläche 1 wird mit einem Raster von Punkten 2 versehen. Die Punkte 2 weisen in einer ersten Richtung x jeweils einen Abstand dx und in zweiten, zu der ersten Richtung x senkrechten Richtung y jeweils einen Ab stand dy zueinander auf. Benachbarte Punkte 2 können jeweils einen gleichen Ab stand dx, dy zueinander aufweisen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Abstand zumindest einzelner benachbarter Punkte 2 zueinander verschieden ist. Bei spielsweise kann dem Abstand zumindest einzelner benachbarter Punkte 2 zueinan der eine statistische Verteilung, insbesondere eine Normalverteilung, zugrunde gelegt werden.

In einer dritten, zu der ersten und der zweiten Richtung x, y senkrechten Richtung z werden die Punkte 2 zufällig nach oben oder nach unten verschoben. Die Größe dz der Verschiebung ist ebenfalls zufällig verteilt, insbesondere nach einer Normalvertei lung. Es besteht dabei die Möglichkeit, sämtliche der Punkte 2 zufällig nach oben oder nach unten zu verschieben oder auch nur einige der Punkte 2.

Durch die Verschiebung der Punkte 2 ergibt sich ein Punktraster, das sich teilweise oberhalb und unterhalb der ersten Darstellung der Oberfläche 1 befindet. Über die Verwendung von NURBS (Non-Uniform rational B-Splines) wird aus dem Punktraster eine zweite virtuelle Darstellung der Oberfläche 1 generiert, die in den Fig. 1 bis Fig. 3 abgebildet ist. Die zweite virtuelle Darstellung 1 kann ebenfalls eine Computergrafik sein. Aufgrund der Ausbildung der zweiten virtuellen Darstellung der Oberfläche 1 als NURBS-Fläche kann diese Darstellung als CAD-Vorgabe bei der Konstruktion des optischen Bauteils berücksichtigt werden und für die gewünschte Streuwirkung sor gen. Fig. 2 und Fig. 3 zeigen, wie die in x-Richtung und in y-Richtung nebeneinander lie genden Punkte 2 mehr oder weniger weit in positiver oder negativer z-Richtung ver schoben sind. Durch die randomisierte Verschiebung sämtlicher oder einer Mehrzahl der Punkte in positiver oder negativer z-Richtung und die Verbindung der Punkte 2 wird eine Oberfläche 1 mit mehr oder weniger ausgeprägten Vertiefungen 3 und Er höhungen 4 erzeugt.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. Die Be leuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle 5 und ein schematisch dargestelltes optisches Bauteil 6, das als Primäroptik dient. Die als plane Oberfläche 1 ausgebildete Austrittsfläche des Bauteils 6 ist eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellte strukturierte Oberfläche 1.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin eine von unten in das von der Primär optik ausgehende Licht 7 hineinragende Verschlussblende 8, die als abzubildende Hell-Dunkel-Grenzen-Kontur dient. Weiterhin umfasst die Beleuchtungsvorrichtung ein hinter der Verschlussblende 8 angeordnetes, als Auskoppeloptik dienendes optisches Bauteil 9 auf, dessen gekrümmte Austrittsfläche ebenfalls eine mit dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellte strukturierte Oberfläche 1‘ ist.

Es besteht durchaus die Möglichkeit, nur das Bauteil 6 oder nur das Bauteil 9 mit einer strukturierten Oberfläche 1 , 1‘ zu versehen.

In den Fig. 5 bis 11 sind Beispiele abgebildet, die Lichtverteilungen von Beleuch tungsvorrichtungen mit und ohne Bauteile mit strukturierten Oberflächen zeigen.

Fig. 5 zeigt eine horizontale Kante 10 einer Lichtverteilung 11 , beispielsweise eine Hell-Dunkel-Grenze eines Abblendlichts, wobei die die Lichtverteilung 11 generieren de Beleuchtungsvorrichtung keine strukturierte Oberfläche aufweist. Die horizontale Kante 10 ist daher nicht aufgeweicht. Fig. 6 zeigt eine horizontale Kante 12 einer Lichtverteilung 13, beispielsweise eine Hell-Dunkel-Grenze eines Abblendlichts, wobei die Lichtverteilung 13 von einer erfin- dungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem Bauteil 6, 9 mit einer strukturier ten Oberfläche 1 , 1‘ erzeugt wird. Die horizontale Kante 12 ist stark aufgeweicht.

Fig. 7 zeigt eine weitere von einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem Bauteil 6, 9 mit einer strukturierten Oberfläche 1 , 1‘ erzeugte Lichtverteilung 14. Diese Lichtverteilung 14 weist eine leicht aufgeweichte horizontale Kante 15 auf.

Fig. 8 zeigt eine weitere von einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem Bauteil 6, 9 mit einer strukturierten Oberfläche 1 , V erzeugte Lichtverteilung 16. Die beispielsweise als Abblendlicht dienende Lichtverteilung 16 weist einen homoge nisierten Bereich 17 auf.

Fig. 9 zeigt eine beispielsweise als Matrixlicht ausgebildete Lichtverteilung 18, die so wohl eine horizontale Kante 19 als auch vertikale Kanten 20 aufweist. Dabei weist die die Lichtverteilung 18 generierende Beleuchtungsvorrichtung keine strukturierte Ober fläche auf. Die horizontalen Kanten 19 und die vertikalen Kanten 20 sind daher nicht aufgeweicht.

Fig. 10 zeigt eine der Lichtverteilung 18 in Fig. 8 entsprechende Lichtverteilung 21 , die von einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem Bauteil 6, 9 mit ei ner strukturierten Oberfläche 1 , 1‘ erzeugt wird. Bei der Lichtverteilung 21 sind die ver tikalen Kanten 22 aufgeweicht.

Fig. 1 1 zeigt eine der Lichtverteilung 18 in Fig. 8 entsprechende Lichtverteilung 23, die von einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem Bauteil 6, 9 mit ei ner strukturierten Oberfläche 1 , 1‘ erzeugt wird. Bei der Lichtverteilung 23 sind die ho rizontalen Kanten 24 aufgeweicht. Es besteht durchaus die Möglichkeit, mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvor richtung vergleichbare Lichtverteilungen zu erzeugen, bei denen sowohl die vertikalen Kanten als auch die horizontalen Kanten aufgeweicht sind.

Bezugszeichenliste

1 , 1‘ strukturierte Oberfläche

2 Punkt eines Punktrasters

3 Vertiefung der Oberfläche

4 Erhöhung der Oberfläche

5 Lichtquelle

6 als Primäroptik dienendes optisches Bauteil

7 von der Lichtquelle ausgehendes Licht

8 Verschlussblende

9 als Auskoppeloptik dienendes optisches Bauteil

10 horizontale Kante einer Lichtverteilung

11 Lichtverteilung

12 horizontale Kante einer Lichtverteilung

13 Lichtverteilung

14 Lichtverteilung

15 horizontale Kante einer Lichtverteilung

16 Lichtverteilung

17 homogenisierter Bereich einer Lichtverteilung

18 Lichtverteilung

19 horizontale Kante einer Lichtverteilung

20 vertikale Kante einer Lichtverteilung

21 Lichtverteilung

22 vertikale Kante einer Lichtverteilung

23 Lichtverteilung

24 horizontale Kante einer Lichtverteilung dx Abstand der Punkte in x-Richtung

dy Abstand der Punkte in y-Richtung

dz Größe der Verschiebung in z-Richtung