Beschreibung

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Projektionslinse für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs, einen Scheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Projektionslinse.

Typische Projektionslinsen der vorgenannten Art sind als plan-konvexe Linse ausgebildet, weil sich für eine derartig geformte Linse das beste Abbildungsverhältnis in Projektionsmodulen ergibt. Die natürliche Eigenschaft einer plan-konvexen Linse ist ihre Dicke entlang der optischen Achse. Dicke Kunststofflinsen weisen ein hohes Gewicht und viel Material auf. Aufgrund der Dicke sind mehrere Spritzgusszyklen notwendig, die eine lange Prozesszeit zur Folge haben.

Es ist bekannt, die Dicke einer Linse durch ein Fresnelisieren der Linse beziehungsweise durch die Nutzung einer Fresnelstruktur zu reduzieren. Dabei wird die konvexe Seite der Linse in Fresnelzonen unterteilt und entlang der optischen Achse in ihrer Dicke reduziert. Auch bei einer derartig fresnelisierten plan-konvexen Linse gibt es jedoch sehr dicke Abschnitte, die bei einer Herstellung der Linse aus Kunststoff mehrere Spritzgusszyklen notwendig machen und eine lange Prozesszeit bewirken.

Aus der US 2008/0110358 A1 ist eine domförmige Fresnellinse bekannt, die eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist. Allerdings ist diese Linse als Kollimationslinse für eine punktförmige Strahlungsquelle für UV-Licht konzipiert, mit dem eine photochemische Umwandlung eines Materials einer Druckplatte durchgeführt werden soll. Die Fresnellinse ist nicht als Projektionslinse in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs geeignet, weil sie keine ausgedehnte Lichtverteilung einer Primäroptik in eine gewünschte Ausgangslichtverteilung überführen kann. Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung einer Projektionslinse der eingangs genannten Art, die leichter ist und/oder kostengünstiger ist und/oder schneller hergestellt werden kann. Weiterhin soll ein Scheinwerfer mit einer derartigen Projektionslinse geschaffen werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Projektionslinse angegeben werden.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Projektionslinse der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch einen Scheinwerfer der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 sowie durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 13 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß Anspruch 1 umfasst die Projektionslinse ein gekrümmtes Substrat aus einem transparenten Material, das eine konvexe Seite und eine der konvexen Seite gegenüberliegende konkave Seite aufweist, sowie eine Fresnelstruktur, die auf der konkaven Seite des gekrümmten Substrats angeordnet ist, wobei die Projektionslinse dazu eingerichtet ist, eine von einer Primäroptik des Scheinwerfers erzeugte ausgedehnte Lichtverteilung in eine der Ausgangslichtverteilung des Scheinwerfers entsprechende Lichtverteilung zu überführen. Bei der erfindungsgemäßen Projektionslinse wird nicht wie bei klassischen Fresnellinse die konvexe Seite fresnelisiert, sondern die plane Seite der Linse. Dadurch wird die Dicke der Linse gegenüber einer klassischen plankonvexen Linse durchgängig reduziert, wobei die optische Funktion trotzdem erhalten bleibt. Dies hat eine Reduktion des Linsengewichtes und damit eine Reduktion der Prozesszeit sowie der Herstellungskosten zur Folge.

Dabei kann die Projektionslinse dazu eingerichtet sein, dass die konkave Seite die Einkoppelseite für das von der Primäroptik des Scheinwerfers erzeugte Licht ist und dass die konvexe Seite die Auskoppelseite für das durch die konkave Seite in die Projektionslinse eingetretene Licht ist. Durch das Fresnelisieren der Einkoppelseite ist von außerhalb des Fahrzeugs lediglich die konvexe Krümmung der Auskoppelseite der Projektionslinse sichtbar, wohingegen die unter Designaspekten teilweise als störend empfundene Fresnelstruktur auf der Einkoppelseite der Projektionslinse von außerhalb des Fahrzeugs nicht sichtbar ist.

Es kann vorgesehen sein, dass das Substrat die Form einer Teilhohlkugel oder eines Teils eines hohlen Rotationsellipsoids aufweist, wobei die konvexe Seite der Außenseite der Teilhohlkugel oder des Teils des hohlen Rotationsellipsoids entspricht und wobei die konkave Seite der Innenseite der Teilhohlkugel oder des Teils des hohlen Rotationsellipsoids entspricht. Es ergibt sich somit eine gekrümmte Linse, deren fres- nelisierte Einkoppelseite in die konvexe Auskoppelseite geschoben ist.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Fresnelstruktur auf der konkaven Seite eine Mehrzahl von zueinander koaxialen ringförmigen Stufen aufweist. Dabei können die ringförmigen Stufen 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.

Es kann vorgesehen sein, dass mindestens eine, oder mehrere oder sämtliche der Nutzflanken plan ausgebildet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass mindestens eine, oder mehrere oder sämtliche der Nutzflanken gekrümmt, insbesondere asphärisch gekrümmt ausgebildet sind, wobei mindestens eine, oder mehrere oder sämtliche der Nutzflanken konkav oder konvex gekrümmt sind. Dabei können insbesondere die Nutzflanken in den Randbereichen der Projektionslinse von einer planen Fläche abweichen. Durch unterschiedliche Ausbildungsmöglichkeiten der Krümmung der Nutzflanken ergibt sich ein größerer Gestaltungsspielraum für die Auslegung der Projektionslinse.

Es kann vorgesehen sein, dass die Nutzflanken mit einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse der Projektionslinse ist, einen Anstellwinkel einschließen, der beispielsweise eine Größe zwischen 0,1 ° und 5,0° aufweisen kann, insbesondere wobei sowohl der Anstellwinkel der Nutzflanke einer außen angeordneten Stufe als auch der Anstellwinkel der Nutzflanke einer innen angeordneten Stufe kleiner ist als die Anstellwinkel von Nutzflanken von Stufen sind, die zwischen der außen angeordneten Stufe und der innen angeordneten Stufe angeordnet sind. Durch geeignete Wahl der Größe der Anstellwinkel der Nutzflanken unterschiedlicher Stufen kann gewährleistet werden, dass durch die Brechung des Lichts an den Nutzflanken die von der Primäroptik des Scheinwerfers erzeugte ausgedehnte Lichtverteilung in eine der Ausgangslichtverteilung des Scheinwerfers entsprechende Lichtverteilung überführt wird.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Fresnelstruktur Auszugsschrägen und/oder Radien aufweist, insbesondere wobei die Störflanken der Fresnelstruktur Auszugsschrägen und/oder Radien aufweisen. Dabei können die Störflanken der ringförmigen Stufen jeweils einen Winkel zwischen 1 ,0° und 3,0°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 1 ,5° und 2,5°, beispielsweise einen Winkel von etwa 2° mit der axialen Richtung der ringförmigen Stufen einschließen. Derartige Auszugsschrägen ermöglichen die Fertigung der Projektionslinse als Kunststoffspritzgussteil, weil sie ein Entformen aus dem Werkzeug nach dem Spritzgussvorgang erleichtern.

Es kann vorgesehen sein, dass die radialen Abstände benachbarter ringförmiger Stufen, insbesondere die radialen Abstände der Störflanken benachbarter ringförmiger Stufen, zwischen 0,1 mm und 10,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,25 mm und 5,0 mm betragen.

Gemäß Anspruch 12 ist vorgesehen, dass die Projektionslinse eine erfindungsgemäße Projektionslinse ist. Dabei kann der Scheinwerfer mindestens eine Blende umfassen, die zwischen der Primäroptik und der Projektionslinse angeordnet ist. Durch eine derartige Blende kann beispielsweise eine Hell-Dunkel-Grenze in der ausgangsseitigen Lichtverteilung geschaffen werden.

Gemäß Anspruch 13 umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte Ermittlung des Eingangs-Winkelspektrums des auf die Einkoppelseite der Projektionslinse auftreffenden Anteils des von der Primäroptik im Betrieb des Scheinwerfers erzeugten Lichts, Ermittlung des Ausgangs-Winkelspektrums des Lichts, das für die Generierung der Ausgangslichtverteilung des Scheinwerfers aus der Auskoppelseite der Projektionslinse austreten muss, Berechnung der Anstellwinkel der Nutzflanken der ringförmigen Stufen der Fresnelstruktur derart, dass durch die Brechung des Lichts an den Nutzflanken das Eingangs-Winkelspektrum in das Ausgangs-Winkelspektrum umgeformt wird. Die auf diese Weise berechneten Anstellwinkel der Nutzflanken der ringförmigen Stufen der Fresnelstruktur können dann geeignet in den Formeinsatz eines Spritzgusswerkzeugs eingebracht werden, um die Projektionslinse im Spritzgussverfahren herzustellen.

Es kann vorgesehen sein, dass bei der Berechnung der Anstellwinkel eine Grundgeometrie der Projektionslinse berücksichtigt wird, wobei bei der Berechnung von einer Anordnung der Nutzflanken auf der Grundgeometrie ausgegangen wird. Bei der Grundgeometrie kann es sich beispielsweise um die gewünschte Form der Projektionslinse, wie beispielsweise die äußere Kontur oder die Art der von außerhalb des Fahrzeugs sichtbaren Krümmung der Projektionslinse handeln.

Es besteht die Möglichkeit, dass bei der Ermittlung des Eingangs-Winkelspektrums die Abstrahlcharakteristik der mindestens einen Lichtquelle und die Ausgestaltung der Primäroptik des Scheinwerfers berücksichtigt werden und/oder dass bei der Ermittlung des Eingangs-Winkelspektrums mindestens eine zwischen der Primäroptik und der Projektionslinse des Scheinwerfers angeordnete Blende berücksichtigt wird.

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

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Projektionslinse;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Projektionslinse gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 ein schematisches Detail der Projektionslinse; Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Anstellwinkel sämtlicher Nutzflanken der Projektionslinse verdeutlicht sind;

Fig. 5 eine lediglich schematische Verdeutlichung einer Primäroptik und einer Projektionslinse eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers.

In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 5 zeigt lediglich schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Das von mindestens einer nicht abgebildeten Lichtquelle des Scheinwerfers ausgehende Licht wird von einer lediglich schematisch dargestellten Primäroptik 1 so geformt, dass hinter der Primäroptik 1 eine ausgedehnte Lichtverteilung 2 entsteht. Die Lichtverteilung 2 erstreckt sich dabei sowohl von einer optischen Achse 3 nach oben als auch in die Zeichenebene der Fig. 5 hinein. Eine oder mehrere nicht abgebildete Blenden sind dafür verantwortlich, dass sich die Lichtverteilung 2 von der optischen Achse 3 nicht nach unten erstreckt.

Der erfindungsgemäße Scheinwerfer umfasst weiterhin eine Projektionslinse 4. Bei dieser Projektionslinse 4 handelt es sich insbesondere um die im Nachfolgenden noch detailliert beschriebene erfindungsgemäße Projektionslinse. In Fig. 5 ist diese Projektionslinse 4 lediglich schematisch als Linse dargestellt.

Die Projektionslinse 4 ist derart ausgebildet, dass sie die von der Primäroptik 1 erzeugte ausgedehnte Lichtverteilung 2 in eine der Ausgangslichtverteilung des Scheinwerfers entsprechende Lichtverteilung überführt. Dies ist in Fig. 5 durch die schematisch dargestellten Strahlengänge des durch die Projektionslinse 4 hindurchtretenden Lichts 5 angedeutet.

Bei der in Fig. 1 bis Fig. 3 detailliert dargestellten Projektionslinse 4 handelt es sich um eine dünnwandige, aus Kunststoff bestehende Linse. Die Projektionslinse 4 um- fasst ein domförmiges beziehungsweis gekrümmtes Substrat aus einem transparenten Material, das eine konvexe Seite und eine der konvexen Seite gegenüberliegende konkave Seite aufweist. Dabei ist die konkave Seite die Einkoppelseite 6 für das von der Primäroptik 1 des Scheinwerfers erzeugte Licht 5, wohingegen die konvexe Seite die Auskoppelseite 7 für das durch die konkave Seite in die Projektionslinse 4 eingetretene Licht 5 ist.

Die Projektionslinse 4 umfasst weiterhin eine Fresnelstruktur, die auf der konkaven Seite des gekrümmten Substrats angeordnet ist. Das gekrümmte Substrat weist die Form einer Teilhohlkugel oder eines Teils eines hohlen Rotationsellipsoids auf, wobei die konvexe Seite der Außenseite der Teilhohlkugel oder des Teils des hohlen Rotationsellipsoids entspricht und wobei die konkave Seite der Innenseite der Teilhohlkugel oder des Teils des hohlen Rotationsellipsoids entspricht. Es ergibt sich somit eine gekrümmte Linse, deren fresnelisierte Einkoppelseite 6 in die konvexe Auskoppelseite 7 geschoben ist.

Die Fresnelstruktur auf der konkaven Seite weist eine Mehrzahl von ringförmigen Stufen 8 auf, deren axiale Richtung mit der optischen Achse 3 zusammenfällt, so dass die ringförmigen Stufen 8 koaxial zueinander und koaxial zu der optischen Achse 3 der Projektionslinse 4 sind (siehe Fig. 1 und Fig. 2). Die ringförmigen Stufen 8 weisen jeweils eine Nutzflanke 9 und eine Störflanke 10 auf (siehe Fig. 2 und Fig. 3). Dabei ist die Nutzflanke 9 derjenige Bereich der Stufe 8, der dazu eingerichtet ist, dass durch ihn Licht hindurchtritt, wohingegen die Störflanke 10 derjenige Bereich der Stufe 8 ist, der nicht dazu eingerichtet, dass durch ihn Licht hindurchtritt.

Im abgebildeten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Nutzflanken 9 plan ausgebildet. Es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit, dass mindestens eine, oder mehrere oder sämtliche der Nutzflanken 9 gekrümmt, insbesondere asphärisch gekrümmt ausgebildet sind, wobei mindestens eine, oder mehrere oder sämtliche der Nutzflanken 9 konkav oder konvex gekrümmt sind. Die Nutzflanken 9 schließen mit der Vertikalen in Fig. 2 und Fig. 3 beziehungsweise mit einer zu der optischen Achse 3 senkrechten Ebene 11 einen Anstellwinkel a ein, der im abgebildeten Ausführungsbeispiel bei unterschiedlichen Stufen 8 unterschiedlich groß ist. In Fig. 4 sind auf der Abszisse von links nach rechts die Anstellwinkel a der Nutzflanken 9 von innen nach außen auftragen. Die Ordinate entspricht der Größe 12 des Anstellwinkels a in °. Das bedeutet, dass der ganz links in dem Diagramm gemäß Fig. 4 aufgetragene Anstellwinkel a dem Anstellwinkel a der Nutzflanke 9 der innersten beziehungsweise mittleren Stufe 8 entspricht und dass der ganz rechts in dem Diagramm gemäß Fig. 4 aufgetragene Anstellwinkel a dem Anstellwinkel a der Nutzflanke 9 der äußersten Stufe 8 entspricht.

Es zeigt sich, dass die Anstellwinkel a außen und innen vergleichsweise klein sind, beispielsweise eine Größe 12 in einem Bereich zwischen 0,1 ° und 1 ,0° aufweisen, wohingegen die Anstellwinkel a in einem Bereich, der von dem äußersten Ring und der Mitte beabstandet ist, durchaus größer sein können, beispielsweise eine Größe 12 in einem Bereich zwischen 3,0° und 5,0° aufweisen können.

Die Fresnelstruktur weist weiterhin Auszugsschrägen an den Störflanken 10 der ringförmigen Stufen 8 auf. Die Störflanken 10 sind leicht zu Richtungen 3‘ geneigt, die zur optischen Achse 3 parallel sind. In Fig. 3 ist verdeutlicht, dass die Störflanken 10 einen Winkel ß mit der Richtung 3‘ einschließen. Der Winkel ß kann zwischen 1 ,0° und 3,0°, vorzugsweise zwischen 1 ,5° und 2,5°, beispielsweise etwa 2° groß sein. Durch die Auszugsschräge kann die Projektionslinse 4 als Kunststoffspritzgussteil hergestellt werden.

Die radialen Abstände benachbarter ringförmiger Stufen 8, insbesondere die radialen Abstände a der Störflanken 10 benachbarter ringförmiger Stufen 8 beträgt zwischen 0,1 mm und 10,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,25 mm und 5,0 mm (siehe Fig. 3). Bezugszeichenliste

1 Primäroptik

2 von der Primäroptik erzeugte Lichtverteilung

3 optische Achse

4 Projektionslinse

5 durch die Projektionslinse hindurchtretendes Licht

6 Einkoppelseite der Projektionslinse

7 Auskoppelseite der Projektionslinse

8 ringförmige Stufe der Projektionslinse

9 Nutzflanke der ringförmigen Stufe

10 Störflanke der ringförmigen Stufe

11 zur optischen Achse der Projektionslinse senkrechte Ebene

12 Größe des Anstellwinkels a radialer Abstand benachbarter Störflanken a Anstellwinkel der Nutzflanke ß Winkel zwischen der Störflanke und der optischen Achse