Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welcher eine zumindest teilweise, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, transparente Abdeckscheibe, zumindest eine Beleuchtungsvorrichtung, zumindest ein der Beleuchtungsvorrichtung zugeordnetes Lichtabbildungssystem, das von einer Lichtquelle emittiertes Licht in einen Bereich vor die Beleuchtungsvorrichtung in Form einer vorgegebenen Lichtverteilung abbildet, umf asst.

Weiters betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem solchen, vorzugsweise mit zwei solchen Fahrzeugscheinwerfern.

In Kraftfahrzeugscheinwerfern werden Lichtabbildungssysteme verwendet, die Linsen enthalten. Diese Linsen bündeln von außen parallel einfallendes Sonnenlicht und lenken es zu Brennpunkten an einem Kraftfahrzeugscheinwerferelement. Abhängig vom Sonnenstand relativ zum Kraftfahrzeugscheinwerfer, von der Fahrzeugneigung oder von der Beschaffenheit des Kraftfahrzeugscheinwerferelementmaterials kann der Energieeintrag des Sonnenlichts, gemessen durch die Bestrahlungsstärke in W/ m ² , am Kraftfahrzeugscheinwerferelement zu hoch sein und zum Aufschmelzen von Kraftfahrzeugscheinwerferelementen führen. Infolgedessen sind zumindest die Oberflächen der Kraftfahrzeugscheinwerferelemente beschädigt und unansehnlich, darüber hinaus können mechanische Instabilitäten der Kraftfahrzeugscheinwerferelemente und/ oder Ausgasungen auftreten. In diesem Fall spricht man vom Brennglaseffekt.

Die Kraftfahrzeugscheinwerfer der oben genannten Art sind dem Stand der Technik bekannt. Darunter sind bereits einige Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, die eine Lösung zur Minderung des Brennglaseffekts bieten. Zum Beispiel wird in DE 19803986 AI die Verwendung optischer Ablenkmittel auf der Linsenaußenseite offenbart, die das Eindringen des Lichts ins Linseninnere im Wesentlichen vermeiden sollen. Diese optischen Ablenkmittel werden in vielen Fällen durch das Sand- bzw. Granitstrahlen der Linsenoberfläche erreicht und erfordern meistens ein zusätzliches Element, das das Einfallen vom durch die im Scheinwerfer angeordnete Lichtquelle erzeugten Licht auf die aufgeraute Linsenaußenfläche unterbindet. Diese Lösung verringert effektiv die numerische Apertur der Linse und kann die vom Kraftfahrzeugscheinwerfer erzeugten Lichtverteilungen beeinträchtigen.

Weiterhin ist das Aufbringen eine Oberflächenstruktur auf die Eintrittsseite einer Linse aus DE 29912504 Ul bekannt. Ähnlich wie bei der oben genannten Lösung wird diese Oberflä- chenstruktur dann zum Nachteil, wenn es um das Erzeugen von gesetzlich vorgeschriebenen Lichtverteilungen geht.

Außerdem legt JP 2014063604 A einen Kraftfahrzeugscheinwerfer offen, welcher eine eine lichtemittierende Fläche aufweisende Lichtquelle und eine asphärische Linse umf asst, wobei die Linse von der in dem Kraftfahrzeugscheinwerfer angeordneten Lichtquelle emittiertes Licht in Form einer Abblendlichtverteilung vor den Kraftfahrzeugscheinwerfer projiziert. Dabei weist die Linse einen Bereich 8 auf, der von dem von der Lichtquelle emittierten Licht nicht beleuchtet wird und auf den das Sonnenlicht einfällt. Dabei wird ausschließlich dieser Bereich zu Reduzierung des Brennglaseffekts durch diffuses Streuen des Sonnenlichts verwendet. Nachteilig bei diesem Ansatz, ist die Reduktion des brechenden Bereichs der Linse und kann nur bei Abblendlichtmodulen angewandt werden. Darüber hinaus hängt der mit dem Bereich erzielte Effekt erheblich vom Stand der Sonne.

Ein anderer Ansatz, bei dem das einschlägige Fahrzeugscheinwerferelement durch eine spezielle Metallschicht geschützt ist, ist aus DE 102012101434 AI bekannt. Das Aufbringen einer zusätzlichen spiegelnden Metallschicht bzw. das Einsetzen eines entsprechenden zusätzlichen, z.B. hitzebeständigen, Scheinwerferelements in das Lichtabbildungssystem stellt oft aus Platzgründen ein technisch schwer zu lösendes Problem dar. Dabei können die folgenden Nachteile einzeln oder kombiniert zum Vorschein kommen: Erhöhte Kosten aufgrund zusätzlicher Arbeitsschritte und Scheinwerferelemente; Beeinträchtigung der mechanischen Integrität eines der Schein werf erelemente, beispielsweise eines Linsenhalters; Fixierung des zusätzlichen Scheinwerferelements; Entstehung vom unerwünschten Streulicht im Kraftfahrzeugscheinwerfer; Veränderung des vom Kunden erwünschten Designs; Abhängigkeit der Bedampfungsmöglichkeit von der Geometrie des betroffenen Scheinwerferelements.

Die beschriebenen Nachteile des Stands der Technik sollen ausgeräumt werden. Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, einen Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge bereit zu stellen, bei dem einerseits der Energieeintrag in einen Brennpunkt auf eine größere Fläche einer Fahr- zeugscheinwerferelement-Oberfläche verteilt und andererseits die von der in dem Fahrzeugscheinwerfer angeordneten Beleuchtungsvorrichtung erzeugte Lichtverteilung im Wesentlichen nicht verändert wird. Dadurch werden einerseits Brennglaseffekte reduziert, vermieden oder es können Materialien eingesetzt werden, welche thermisch geringer belastbar sind, und andererseits den gesetzlichen Vorschriften betreffend Lichtverteilungen Rechnung getragen.

Diese Aufgabe wird mit einem eingangs beschriebenen Kraftfahrzeugscheinwerfer erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine optische Struktur im Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist, welche optische Struktur aus einem, zwei oder mehreren optischen Strukturelementen besteht und in dem Fahrzeugscheinwerfer derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des von außen auf den Kraftfahrzeugscheinwerfer einfallenden Lichts, insbesondere Sonnenlichts, auf die optische Struktur einfällt und bei einem Durchtritt durch die optische Struktur und/ oder bei einer Reflexion von der optischen Struktur gestreut wird, wobei die Strukturelemente eine lichtstreuende Wirkung aufweisen, und derart ausgebildet sind, dass jedes Strukturelement ein durch das Strukturelement durchtretende Lichtbündel zu einem ersten modifizierten Lichtbündel modifiziert und ein vom Strukturelement reflektiertes Lichtbündel zu einem zweiten modifizierten Lichtbündel modifiziert, und wobei die vorgegebene Lichtverteilung durch die optische Struktur im Wesentlichen unverändert bleibt.

Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Beleuchtungsvorrichtung, die im Kraftfahrzeugscheinwerfer angeordnet ist, eine, zwei oder mehr Lichtquellen, die das Licht zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung abstrahlt/ abstrahlen, wobei vorzugsweise der/ den Lichtquelle/ Lichtquellen ein Reflektor, insbesondere ein ellipsoider Freiformreflek- tor, zugeordnet ist, und/ oder der/ den Lichtquelle/ Lichtquellen zugeordnete Vorsatzoptik, vorzugsweise eine Abbildungslinsenanordnung, und/ oder eine Blende.

Dabei ist es zweckdienlich, dass die Lichtquelle / die Lichtquellen als eine HID-Lampe, d.h., eine Xenon-Gasentladungslampe, beispielsweise nach Standard ECE-R99, und/oder eine, zwei oder mehrere LEDs, welche gleiche oder unterschiedliche Bauform aufweisen können, und/ oder eine Glühlampe, beispielsweise eine Filament Lampe nach Standard ECE-R37, ausgebildet ist/ sind.

Das von außen einfallende Licht kann man sich gedanklich als eine Mehrzahl von parallelen Lichtbündeln vorstellen. Beim Eintreffen auf einen Bereich einer herkömmlichen Linse werden viele dieser Lichtbündel zu einem Brennpunkt gebrochen. Dadurch entsteht ein Flächenbereich mit einer großen Bestrahlungsstärke. Durch die Präsenz einer erfindungsgemäßen optischen Struktur, die beispielsweise auf eine der Linsenoberflächen aufgetragen werden kann, wird jedes Lichtbündel auf einen anderen Brennpunkt gebrochen, defokus- siert.

Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die optischen Strukturelemente über zumindest eine, vorzugsweise genau eine definierte Grundstruktur zumindest eines, vorzugsweise genau eines des Lichtabbildungssystem-Elements zu verteilen.

Um den Herstellungsprozess derartiger optischen Strukturen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, die Grundstruktur mit bestimmten geometrischen Eigenschaften zu verwenden.

Aus diesem Grund wird bei einer der bevorzugten Ausführungsformen dafür Sorge getragen, dass die Grundstruktur als ein zweidimensionales Gitter ausgebildet ist und aus einer, zwei oder mehreren definierten Gitterzellen besteht.

Weiters ist es zweckdienlich, dass das zweidimensionale Gitter im Wesentlichen ein strukturiertes Gitter mit regelmäßiger Zellgeometrie bildet.

Außerdem ist es denkbar, dass die Gitterzellen als regelmäßige Vielecke ausgebildet sind.

Dabei ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass auf jeder Gitterzelle zumindest eines, vorzugsweise genau eines, Strukturelement angeordnet ist.

Um die Beugung des einfallenden Lichts an der optischen Struktur und die nachfolgenden Interferenzeffekte nach der optischen Struktur zu vermeiden, sollen die geometrischen Maße der Gitterzellen und der Strukturelemente mit Bedacht ausgewählt werden.

Aus dieser Überlegung hat es sich als zweckdienlich erwiesen, dass die Gitterzellen eine charakteristische Größe beispielsweise einen Durchmesser aufweisen und diese Größe etwa 10 - 100 Mikrometer beträgt.

In einer der bevorzugten Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass die optischen Strukturelemente im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.

Die Gestaltung der einzelnen Strukturelemente ist für die Reduzierung des Brennglaseffekts von großer Bedeutung. In einer der bevorzugten Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass die optischen Strukturelemente in ihrem Zentrum eine Zentralerhebung aufweisen.

Es hat sich als zweckdienlich erwiesen, dass die Höhe der Zentralerhebung etwa 10 - 50 Mikrometer, vorzugsweise aber 25 Mikrometer, beträgt.

Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die Zentralerhebung durch einen Funktionsgraphen einer stetigen auf einer Gitterzelle definierten reellen und nichtnegativen Funktion beschrieben ist. Dabei stellt der Funktionsgraph eine zweidimensionale Fläche dar.

Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Funktion als eine stückweise lineare Funktion ausgebildet ist.

Ebenso ist es von Vorteil, dass die Funktion derart ausgebildet ist, dass der Funktionsgraph bezüglich einer vertikalen durch den Mittelpunkt der Gitterzelle verlaufenden Achse im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein vertikaler Schnitt des Funktionsgraphen entlang einer horizontalen durch den Mittelpunkt der Gitterzelle verlaufenden Linie eine stückweise lineare Funktion aufweist, wobei diese Funktion zumindest fünf lineare Abschnitte aufweist und die Verlängerung des zweiten linearen Abschnitts und der dritte lineare Abschnitt einen Anstiegswinkel einschließen.

Darüber hinaus kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die optischen Strukturelemente eine Grundfläche aufweisen, deren Ausdehnung etwa 0.5 - 1.5 Millimeter, vorzugsweise aber 1.0 Millimeter, beträgt.

Um die Minderung des Brennglaseffekts nun näher zu erörtern müssen die gebrochenen modifizierten Lichtbündel betrachtet werden.

Es ist also denkbar, dass das erste modifizierte Lichtbündel auf ein erstes Scheinwerfer- Element einfällt und einen ersten modifizierten Leuchtpunkt ausleuchtet und das zweite modifizierte Lichtbündel auf ein zweites Scheinwerfer-Element einfällt und einen zweiten modifizierten Leuchtpunkt ausleuchtet.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Größe des ersten modifizierten Leuchtpunktes und/ oder des zweiten modifizierten Leuchtpunktes, beispielsweise ein Durchmesser des Leuchtpunktes, mit den Abmessungen der Zentralerhebung, beispielsweise mit einem ersten Anstiegswinkel und oder mit einem zweiten Anstiegswinkel, einem Plateau-Durchmesser und/ oder einer Höhe der Zentralerhebung in Zusammenhang steht.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Größe, beispielswese ein Durchmesser, des ersten modifizierten Leuchtpunktes und/ oder des zweiten modifizierten Leuchtpunktes größer ist als die Größe, beispielswese ein Durchmesser, eines unmodifizierten Leuchtpunktes.

Dabei ist es zweckdienlich, wenn die maximale Bestrahlungsstärke innerhalb des ersten modifizierten Leuchtpunktes und / oder innerhalb des zweiten modifizierten Leuchtpunktes geringer als die Bestrahlungsstärke innerhalb des unmodifizierten Leuchtpunktes ist.

Es muss hier angemerkt sein, dass die optische Struktur an vielen Stellen im Kraftfahrzeugscheinwerfer angebracht werden kann. Die genaue Position der optischen Struktur hängt von der konkreten Gestaltung des Fahrzeugscheinwerfers ab. Außer der gesetzlichen Vorschriften muss bei der Positionierung der optischen Struktur noch eine Forderung erfüllt sein. Die Struktur muss vom von außen einfallenden Licht (bei Sonnenlicht unabhängig von der Sonnenhöhe) durchgestrahlt werden.

Es hat sich als zweckdienlich erwiesen, die optische Struktur auf zumindest einer, vorzugsweise genau einer Oberfläche eines Lichtabbildungssystem-Elements anzuordnen, welches in Form einer Projektionslinse und/ oder Abbildungslinse ausgebildet ist.

Dabei ist durchaus denkbar, dass die optische Struktur auf einer Eintrittsfläche und/ oder einer Austrittsfläche eines Lichtabbildungssystem-Elements angeordnet ist, welches in Form einer Projektionslinse und/ oder Abbildungslinse ausgebildet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die optische Struktur auf zumindest einer, vorzugsweise genau einer Oberfläche der Abdeckscheibe ausgebildet ist.

Dabei ist es denkbar, dass die optische Struktur auf einer Eintrittsfläche und/ oder einer Austrittsfläche der Abdeckscheibe ausgebildet ist. Weiters kann es zweckmäßig sein, dass die optische Struktur als ein Zusatz- Lichtabbildungssystem-Element ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter nicht einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch eingehend veranschaulicht. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des inneren und des äußeren Brennglaseffektes in einem Fahrzeugscheinwerfer nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des inneren und des äußeren Brennglaseffektes in einem Fahrzeugscheinwerfer mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur,

Fig. 3 einen unmodifizierten sowohl einen modifizierten Leuchtpunkt auf einem Scheinwerfer-Element erzeugt in einem Fahrzeugscheinwerfer jeweils ohne und mit einer erfindungsgemäßen optischen Struktur,

Fig. 4 eine Linse mit einer optischen Struktur in einer dreidimensionalen Ansicht, einen Ausschnitt aus der Linse in vergrößerter Darstellung, und weiters ein noch vergrößerten Ausschnitt aus dem bereits vergrößerten Ausschnitt,

Fig. 5 eine Leuchtpunktaufweitung durch ein einzelnes erfindungsgemäßes Strukturelement beim parallel einfallenden Licht,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine über eine hexagonale Grundstruktur verteilte optische Struktur, die aus Strukturelementen mit runden Zentralerhebungen aufweist,

Fig. 7 eine perspektivische Sicht eines Ausschnitts einer optischen Struktur, und

Fig. 8 einen Seitenschnitt eines rotationsymmetrischen Strukturelementes, welcher Schnitt als Funktionsgraph einer stückweiselinearen eindimensionalen reellen Funktion ausgebildet ist.

Zunächst wird der Bezug auf die Fig. 1 genommen, die schematisch einen herkömmlichen Fahrzeugscheinwerfer mit dessen wichtigsten Elementen in Seitenschnitt darstellt. Darin sind eine Beleuchtungsvorrichtung 200, ein erstes Kraftfahrzeugscheinwerferelement, z.B. eine Blende, ein Halter oder ein Designelement 204, welches beispielsweise als eine Funktionseinheiten im Scheinwerfer trennende Blende ausgebildet sein kann, ein zweites Kraftfahrzeugscheinwerferelement, z.B. ein Linsenhalter, ein Primäroptikhalter, eine Platine, beispielsweise eine Leiterplatte / ein Schaltungsträger 205 in Form eines PCB (Printed Circuit Board), auf dem beispielsweise LEDs bestückt werden, ein Lichtabbildungssystem, welches hier der Einfachheit halber in Form einer typischen Abbildungslinse 210 dargestellt ist, und eine Abschlussscheibe 220 gezeigt.

Das von außen einfallende Lichtbündel,„Sonnenlicht", wird beim Eindringen in den Kraftfahrzeugscheinwerfer mehrmals gebrochen und reflektiert. Von besonderem Interesse sind die Lichtstrahlen, die nach mehrmaliger Brechung und/ oder Reflexion auf oft aus Kunststoff bestehende Kraftfahrzeugscheinwerferelemente, wie z.B. verschiedene Halter, Designs oder Platinen 204, 205, treffen. Diese entstehen meistens durch die Brechung und/ oder Reflexion an der Eintrittsfläche 211 eines Optik-Elements, beispielsweise einer Abbildungs- oder Projektionslinse. Der durchtretende Strahl fällt dann direkt auf ein Kraftfahrzeugscheinwerferelement (innerer Brennglaseffekt), beispielsweise auf einen Kunststoffhalter, wobei das reflektierte Bündel erst nach einer weiteren Brechung an der Austrittsfläche eines Optik- Elements, z.B. einer Abbildungs- oder Projektionslinse 212 auf ein Kraftfahrzeugscheinwerferelement trifft (äußerer Brennglaseffekt).

Bei einer starken Fokussierung von dem gebrochenen und/ oder reflektierten Lichtbündel kommt es zu einer hohen Bestrahlungsstärke in einem Leuchtpunkt 305 auf der Oberfläche 205 des Kraftfahrzeugscheinwerferelements, die die Schädigungsgrenze des Materials weit übertreffen kann. Beispielsweise kann die Bestrahlungsstärke einen Wert von 75000 W/m ² erreichen, welche die Schädigungsgrenze eines speziellen in Kraftfahrzeugscheinwerfern eingesetzten Kunststoff materials„PBT-GF30 schwarz" von ca. 62000 W/m ² übersteigt und rasches Schmelzen des Kraftfahrzeugscheinwerferelements verursacht.

Um die Bestrahlungsstärke zu reduzieren wird eine optische Struktur verwendet, die das gebrochene und/ oder reflektierte Lichtbündel defokussiert. Fig. 2 zeigt eine Abbildungslinse 210 mit einer optischen Struktur 215, die auf der Austrittsfläche der Linse aufgetragen ist. Durch die spezielle Form der Strukturelemente 502 wird die Brennpunktlage im Raum verschoben. Dadurch entsteht auf dem einem der Kraftfahrzeugscheinwerferelemente 204, 205 ein anderer größerer Leuchtpunkt 350, wie schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Obwohl keiner von den beiden Leuchtpunkten einen exakten ausbilden, ist es durchaus denkbar die Größe beider Leuchtpunkte durch ihren Durchmesser d bzw. D qualitativ darzustellen. Je größer der Durchmesser eines Leuchtpunktes ist umso kleiner ist der maximale Wert der Bestrahlungsstärke.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Sicht eines vergrößerten Ausschnitts einer auf der Austrittsfläche 215 einer Linse angeordneten optischen Struktur, welche auf einer hexagonalen Grundstruktur aufgetragen ist, und einen noch größeren Ausschnitt mit einem Strukturelement 502. Dabei weist das Strukturelement eine zentrale Erhebung in Form eines Kegelstumpfs einer bestimmten Höhe h.

Eine„Verschmierung" des Punktes durch die kegelstumpfförmige Zentralerhebung des Strukturelements 502 ist in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt. Dabei zeigt das linke Bild ein Streubild eines Strukturelements 502 ohne zentrale Erhebung (h=0). Die beleuchtete Fläche ist ein Punkt mit einem Durchmesser von ca. 0,2°. Der Strahlungsfluss pro Flächeneinheit (Strah- lungsflussdichte) ist groß. Durch die zentrale Erhebung kommt zu Ausweitung der beleuchteten Fläche (rechtes Bild in Fig. 4 und Fig. 5). Dadurch wird die Strahlungsflussdichte reduziert. Die gesamte einfallende Strahlungsenergie wird hierbei auf eine größere Fläche umverteilt, mit anderen Worten kommt es zu einer„Defokussierung" des ursprünglichen Lichtbündels, sodass defokussierte Lichtbündel LB1, LB2 entstehen.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer optischen Struktur in Draufsicht gezeigt. Dabei besteht die Grundstruktur 500 aus hexagonalen Gitterzellen 501. Die Strukturelemente weisen dabei eine rotationssymmetrische Zentralerhebung. In Fig. 7 ist zu sehen, dass diese Zentralerhebung als ein gerader Kegelstumpf mit einer Deckfläche 506 und einer Mantelfläche 507 ausgebildet ist und auf einer Grundfläche 505 angeordnet ist. Bei senkrecht zu der Grundfläche 505 einfallenden Licht wird es an den Mantelflächen gebrochen und führt zu der Verschmierung des Leuchtpunktes auf einem Kraftfahrzeugscheinwerferelement.

Der Grad der Verschmierung hängt mit den geometrischen Eigenschaften der Zentralerhebung des optischen Strukturelements 502 zusammen. Für das oben genannte Beispiel einer kegelstumpfförmigen Zentralerhebung sind diese Eigenschaften in Fig. 8 zusammengefasst. Die Fig. 8 zeigt einen vertikalen Schnitt des Strukturelements 502 entlang einer horizontalen durch den Mittelpunkt 510 der Gitterzelle 501 verlaufenden Linie AA (Fig. 6 und 7). Dabei kann der Schnitt durch den Mittelpunkt 510 des Strukturelements 502 durch einen Graphen einer stückweiselinearen Funktion beschrieben werden. In Fig. 8 weist die Funktion fünf lineare Abschnitte 601, 602, 603, 604, 605 auf. Die Verschmierung des Leuchtpunktes hängt von der Länge P des mittleren linearen Abschnitts 603, die dem Durchmesser der Deckfläche 506 gleich ist, von der Länge des zweiten Abschnitts 602 sowie des vierten Abschnitts 604 und dem Anstiegswinkel α des zweiten linearen Abschnitts 602.

Die Erfindung wurde anhand einer hexagonalen Grundstruktur und einer im Wesentlich flachen rotationssymmetrischen Zentralerhebung beschrieben, für welche die Erfindung besonders vorteilhaft ist.

Prinzipiell ist die Erfindung aber auch mit nicht hexagonalen Grundstrukturen und mit anders ausgebildeten Zentralerhebungen einsetzbar.