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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Projektionslinse für
einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Diese dient zur Transmission
eines von einer Lichtquelle auf einer Eintrittsseite der Projektionslinse
bereitgestellten Lichtes in Richtung zu einer gegenüberliegenden
Austrittsseite. Die Projektionslinse ist um eine optische Achse
herum ausgebildet und weist einen optisch aktiven Bereich zur Lichtbrechung
und einen entfernt von der optischen Achse, randseitig ausgebildeten
Einfassbereich zur mechanischen Aufnahme der Projektionslinse auf, wobei
der optisch aktive Bereich auf der Austrittsseite durch eine konvexe
Oberfläche begrenzt ist.
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Derartige
Projektionslinsen finden bei Scheinwerfern Anwendung, die nach dem
Projektionstyp ausgebildet sind und im heutigen Kraftfahrzeugbau
einen Standard darstellen. Der Scheinwerfer besitzt eine Lichtquelle,
die im Fokus eines Reflektors angeordnet ist, so dass die Projektionslinse eintrittsseitig
von im Wesentlichen divergent ausgerichteten Lichtstrahlen ausgeleuchtet
wird. Die Lichtquelle, der Reflektor und die Projektionslinse sind
im Scheinwerfer häufig als bauliche Einheit zusammengefasst,
um ein Lichtmodul zu bilden, das ein Abblendlicht und/oder ein Fernlicht
emittiert und innerhalb des Scheinwerfers beweglich aufgenommen
ist. Innerhalb dieses Lichtmoduls wird die Projektionslinse über
einen Einfassbereich mechanisch aufgenommen. Die Projektionslinsen
sind zumeist rotationssymmetrisch ausgeführt und besitzen
einen randseitigen Einfassbereich, über den die Projektionslinse
in einer Halterung im Lichtmodul eingefasst wird. Der randseitige
Einfassbereich wird im eingefassten Zustand der Projektionslinse
nicht durch das Licht der Lichtquelle ausgeleuchtet, so dass der
optisch aktive Bereich der Projektionslinse in radialer Richtung
mit Beginn des Einfassbereiches endet.
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Eine
gattungsbildende Projektionslinse ist aus der
DE 10 2005 043 819 A1 bekannt.
Die Projektionslinse besteht aus einem blank gepressten Körper,
der ein transparentes Material aufweist und aus Richtung der Eintrittsseite
durch eine konkave und aus Richtung der Austrittsseite durch eine
konvexe Oberfläche begrenzt ist. Die Projektionslinse weist
einen randseitig ausgebildeten Einfassbereich auf, um die Projektionslinse
in einer Halterung einzufassen. Der optisch aktive Bereich reicht
radial bis zu einem angegebenen Übergangsdurchmesser D2,
und endet austrittsseitig in einer Kehle, an die sich eine Planfläche
des Einfassbereiches anschließt. Eintrittsseitig ist die
konkave Oberfläche ebenfalls durch eine Kehle in einem Übergangsdurchmesser
D1 begrenzt, an die sich der Einfassbereich anschließt.
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Derartige
Projektionslinsen mit einem sprungartigen Oberflächenübergang
zwischen der Oberfläche des optisch aktiven Bereiches und
der Planfläche des Einfassbereiches sowie einer Kehle zwischen
der konkaven Oberfläche des optisch aktiven Bereiches auf
der Eintrittsseite und dem Einfassbereich besitzen ein schlechtes
Bruchverhalten bei ihrer Herstellung. Aufgrund auftretender Spannungsspitzen
durch Kerbwirkung im Material ist eine aufwendige Temperaturführung
zur Abkühlung nach dem Pressvorgang der Projektionslinse
notwendig.
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Aus
der
EP 0 969 246 B1 ist
eine Projektionslinse bekannt, die ebenfalls für einen
Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs Anwendung findet. Die Projektionslinse
besitzt einen optisch aktiven Bereich und einen randseitig ausgebildeten
Einfassbereich, wobei verschiedene geometrische Gestaltungen sowohl
des optisch aktiven Bereiches als auch des Einfassbereiches vorgeschlagen
werden. Dabei ist der optisch nicht aktive, nicht ausgeleuchtete
Linsenrandbereich durch Überdimensionierung des Linsendurchmessers
gebildet. Der sich hieraus ergebende Nachteil ist ein hohes Gewicht
der Projektionslinse. Dadurch wird das Gesamtgewicht des Scheinwerfers ebenfalls
vergrößert, wobei neben der nachteilhaften Erhöhung
des Gesamtgewichtes des Kraftfahrzeugs ein hohes Gewicht der Projektionslinse
als Bestandteil des Lichtmoduls zu Schwingungsproblemen des Lichtmoduls
innerhalb des Scheinwerfers führen kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionslinse
für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs zu schaffen,
die die Probleme des vorgenannten Standes der Technik überwindet
und eine verbesserte geometrische Gestalt aufweist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Projektionslinse für einen
Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Übergang
des optisch aktiven Bereiches in den Einfassbereich auf der Austrittsseite durch
einen Übergangsbereich mit einer aus Richtung der Austrittsseite
konkaven Oberfläche gebildet ist.
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Der
erfindungsgemäße Übergang zwischen dem
optisch aktiven Bereich in den Einfassbereich bietet den Vorteil,
Stufen, Kehlen oder Kanten zwischen dem optisch aktiven Bereich
und dem randseitig und entfernt von der optischen Achse ausgebildeten
Einfassbereich zu vermeiden. Daraus erwächst der Vorteil,
dass das Bruchverhalten des Linsenkörpers bei der Herstellung
der Projektionslinse verbessert wird, da im Körper der
Projektionslinse geringere lokale Spannungsspitzen auftreten, die
zu einem Bruch der Projektionslinse führen könnten.
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Des
Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass die erfindungsgemäße
Kontur der Projektionslinse eine Materialeinsparung ermöglicht,
so dass das Gewicht der Projektionslinse verringert werden kann.
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Vorteilhafterweise
geht die konvexe Oberfläche des optisch aktiven Bereiches
in die konkave Oberfläche des Übergangsbereiches
stufen- und kantenfrei über, derart, dass der Übergang
lediglich durch einen Vorzeichenwechsel der Krümmung der Oberflächen
ausgebildet ist. Die konvexe Oberfläche des optisch aktiven
Bereiches ist nach außen zur Austrittsseite hin gewölbt,
wobei die konkave Oberfläche des Übergangsbereiches
nach innen in den Linsenkörper hinein gewölbt
ist, und in Richtung zur Austrittsseite einen Hohlraum bildet. Die
jeweiligen Krümmungen gehen derart stufenlos ineinander über,
dass die konkave Oberfläche lediglich durch einen Vorzeichenwechsel
der Krümmung in die konvexe Oberfläche wechselt.
Aufgrund dieses stufenfreien Überganges wird der optisch
aktive Bereich teilweise auf den Übergangs bereich erweitert,
der ebenfalls ausgeleuchtet werden kann. Die Projektionslinse kann
einen beidseitig blankgepressten Linsenkörper umfassen,
so dass dieser nicht schleifend und polierend bearbeitet werden
muss, nachdem die Grundform der Projektionslinse gepresst wurde. Folglich
besitzt das Werkzeug zur Herstellung der Projektionslinse bereits
das Negativ der jeweiligen Außenkontur der Eintritts- und
der Austrittsseite.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, dass der Einfassbereich auf der Eintrittsseite
und auf der Austrittsseite derart plan ausgebildet ist, dass die
optische Achse eine Flächennormale zu den gebildeten Planflächen des
Einfassbereiches bildet. Die Planflächen auf der Eintrittsseite
und auf der Austrittsseite sind folglich parallel zu einander ausgerichtet,
und erstrecken sich in einer jeweiligen Ebene, die senkrecht zur
optischen Achse angeordnet ist. Die Projektionslinse ist randseitig
durch eine zylinderförmige Außenfläche begrenzt,
wobei der Übergang zwischen den Planflächen und
der radial umlaufenden Außenfläche rechtwinklig
gebildet ist. Alternativ kann die Außenfläche zur
radial außenseitigen Begrenzung des Linsenkörpers
einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzen, um auch zwischen
den Planflächen auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite
relativ zur Außenfläche einen kantenfreien Übergang
zu bilden, worin weitere fertigungstechnische Vorteile zu sehen
sind.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Projektionslinse
weist die konkave Oberfläche des Übergangsbereiches
in Richtung zur austrittsseitigen Planfläche des Einfassbereiches
einen radial nach außen gerichtet auslaufenden, stufenfreien Übergang
auf. Im Ergebnis besitzt die Projektionslinse wenigstens auf der
Austrittsseite bis zur Außenfläche keinen Sprung
in der Krümmung der Oberfläche. Sämtliche Übergänge
sind stufen- und kantenfrei ausgebildet.
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Weiterhin
von Vorteil ist ein Körper zur Bildung der Projektionslinse,
der aus einem Glasmaterial ausgebildet ist, wobei die geometrische
Gestalt der Projektionslinse nach Art einer Meniskuslinse ausgeführt
ist. Die Projektionslinse kann auch als Bikonvex- oder als Plankonvex-Linse
ausgeführt sein, wobei die erfindungsgemäße
Konturierung der Oberfläche auf der Austrittsseite bei
einer Projektionslinse nach Art einer Menis kuslinse optimal ausgenutzt werden
kann. Eine Meniskuslinse besitzt auf der Eintrittsseite eine konkave
Oberfläche, die nach innen gerichtet in Richtung zum Körper
der Projektionslinse gewölbt ist. Hingegen ist die Austrittsseite
der Projektionslinse konvex und daher nach außen gewölbt.
Im Querschnitt weisen sowohl die Wölbung der Oberfläche
der Eintrittsseite als auch die Wölbung der Oberfläche
der Austrittsseite entlang der optischen Achse in die gleiche Richtung.
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Es
ist von besonderem Vorteil, dass die Oberfläche der meniskusartigen
Projektionslinse aus Richtung der Eintrittsseite radial nach außen
gerichtet in einem stufenfreien Übergang in der eintrittsseitigen
Planfläche des Einfassbereiches ausläuft. Im Ergebnis
ist auch die Oberfläche der Eintrittsseite sowohl im optisch
aktiven Bereich als auch im Einfassbereich stufen- und kantenfrei
ausgeführt. Die damit erreichbaren Vorteile bei der Herstellung
des Linsenkörpers bzgl. der Bruchbildung sowie der Gewichtsersparnis
bei der Auslegung der Linse können dabei erweitert werden.
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Das
durch die Projektionslinse transmittierte Licht kann eine Feldverteilung
mit wenigstens einem Hauptfeld und einem Vorfeld des Scheinwerfers
aufweisen. Hierfür kann der Übergangsbereich ebenfalls als
optisch aktiver Bereich wirken, und einen Teil der Lichtstrahlen
transmittieren, die zumindest an der Bildung des Vorfeldes beteiligt
sind. Bei Betrachtung des Leuchtfeldes, das durch einen Scheinwerfer
bereitgestellt wird, bezeichnet das Vorfeld den zur Fahrbahn gerichteten,
fahrzeugnahen Bereich, der zur Ausleuchtung der Fahrbahn unmittelbar
vor dem Fahrzeug dient. Die Lichtstärke im Vorfeld ist
vergleichsweise schwach ausgeführt und nimmt in Richtung
zur Hell-Dunkel-Grenze des Leuchtfeldes hin zu. Die maximale Intensität
des emittierten Lichtes ist im Bereich angrenzend an die Hell-Dunkel-Grenze vorzufinden,
so dass die Intensität aus dem Bereich des Vorfeldes in
Richtung zur Hell-Dunkel-Grenze kontinuierlich zunimmt. Der Bereich
angrenzend an die Hell-Dunkel-Grenze wird vorliegend als Hauptfeld bezeichnet,
wobei der Anteil der Lichtstrahlen, der zur Bildung des Hauptfeldes
dient, die Projektionslinse hauptsächlich im Bereich nahe
der optischen Achse durchläuft, wobei der Anteil der Lichtstrahlen,
der vornehmlich zur Bildung des Vorfeldes dient, die Projektionslinse
im fernen Bereich zur optischen Achse durchläuft.
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Der
Körper der Projektionslinse ist radial außenseitig
durch einen Linsendurchmesser begrenzt, wobei der Übergang
von der konvexen Oberfläche des optisch aktiven Bereiches
in die konkave Oberfläche des Übergangsbereiches
in einem ersten Übergangsdurchmesser liegt, dessen Wert
etwa 75% bis 95%, bevorzugt etwa 80% bis 90% und besonders bevorzugt
etwa 85% des Wertes des Linsendurchmessers beträgt. Ferner
kann der Übergang der konkaven Oberfläche des Übergangsbereiches in
die austrittsseitige Planfläche des Einfassbereiches in
einem zweiten Übergangsdurchmesser der Projektionslinse
liegen, dessen Wert etwa 85% bis 98%, bevorzugt etwa 90% bis 95%
und besonders bevorzugt etwa 92% des Wertes des Linsendurchmessers
beträgt.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es
zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch eine Projektionslinse für einen Scheinwerfer
eines Kraftfahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispieles,
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2 eine
perspektivische Ansicht der Projektionslinse gemäß 1,
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3 eine
Seitenansicht der Projektionslinse mit Angaben verschiedener Durchmesser
der Übergänge zwischen dem optisch aktiven Bereich, dem Übergangsbereich
und dem Einfassbereich und
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4 eine
Seitenansicht der Projektionslinse mit der Darstellung von zwei
Strahlenverläufen.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel einer Projektionslinse 1 für
einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Diese dient zur
Transmission eines von einer Lichtquelle im Scheinwerfer bereitgestellten
Lichtes, das aus Richtung der Eintrittsseite 2 in den Körper
der Projektionslinse 1 eintritt und über die Oberfläche
auf der Austrittsseite 3 wieder austritt, die in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs weist. Die Projektionslinse 1 ist um
eine optische Achse 4 herum ausgebildet, wobei die Projektionslinse 1 gemäß des
vorliegenden Ausführungsbeispieles rotationssymmetrisch
ausgeführt ist, jedoch auch eine elliptische Form mit einer
Hauptachse und einer Nebenachse aufweisen kann. Beginnend von der
optischen Achse 4 weist die Projektionslinse 1 erfindungsgemäß mehrere
Bereiche in nach radial außen gerichteter Richtung auf.
Der wesentliche Bereich wird durch den optisch aktiven Bereich 5 gebildet.
Dieser wird durch die Lichtquelle im Scheinwerfer hauptsächlich
ausgeleuchtet und dient zur Brechung des Lichtes, um das gewünschte
Lichtfeld vor dem Fahrzeug bereitzustellen. Randseitig entfernt
von der optischen Achse 4 ist die Projektionslinse 1 durch
einen Einfassbereich 6 begrenzt, der zur mechanischen Aufnahme
der Projektionslinse 1 in einer Aufnahme dient.
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Die
dargestellte Projektionslinse 1 ist als Meniskuslinse ausgeführt,
so dass die Eintrittsseite 2 eine konkave, nach innen gewölbte
Oberfläche und die Austrittsseite 3 eine in Richtung
zur Lichtausbreitung nach außen gewölbte konvexe
Oberfläche besitzt. Erfindungsgemäß ist
der Übergang des optisch aktiven Bereiches 5 in
den Einfassbereich 6 auf der Austrittsseite 3 durch
einen Übergangsbereich 7 mit einer aus Richtung
der Austrittsseite 3 konkaven Oberfläche gebildet.
Dabei geht die konvexe Oberfläche des optisch aktiven Bereiches 5 in
die konkave Oberfläche des Übergangsbereiches 7 stufen-
und kantenfrei über, so dass der Übergang lediglich
durch einen Vorzeichenwechsel der Krümmung der Oberflächen
ausgebildet ist. Im Ergebnis wird eine Projektionslinse 1 geschaffen,
die einen konkaven Ringbereich aufweist, der den optisch aktiven
Bereich 5 radial umlaufend umschließt und den Übergangsbereich 7 in
den Einfassbereich 6 bildet. Der Einfassbereich 6 besitzt
auf der Eintrittsseite 2 eine erste Planfläche 6a und
auf der Austrittsseite 3 eine zweite Planfläche 6b,
so dass der Querschnitt des Einfassbereiches 6 in Richtung
zur Außenseite rechteckig ausgeführt ist.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispieles
der Projektionslinse 1, wobei die Blickrichtung aus Richtung
der Austrittsseite 3 erfolgt. Die Übergänge
zwischen dem optisch aktiven Bereich 5, dem Übergangsbereich 7 und
dem Einfassbereich 6 sind durch umlaufende Linien dargestellt,
die lediglich Lichtkanten wie dergeben sollen. Die konkave Oberfläche
des Übergangsbereiches 7 in Richtung zur austrittsseitigen
Planfläche 6a des Einfassbereiches 6 weist
einen radial nach außen gerichtet auslaufenden, stufenfreien Übergang
auf. Gemäß der Darstellung ist erkennbar, dass
das Ausführungsbeispiel der Projektionslinse 1 radialsymmetrisch
um die optische Achse 4 ausgeführt ist.
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3 gibt
eine Seitenansicht des Ausführungsbeispieles der Projektionslinse 1 wieder.
Hierin sind verschiedene Durchmesser angegeben, die die jeweiligen
Bereiche der Projektionslinse 1 um die optische Achse 4 herum
radial begrenzen. Dabei ist der Körper der Projektionslinse 1 außenseitig
durch einen Linsendurchmesser D1 begrenzt, wobei der Übergang
von der konvexen Oberfläche des optisch aktiven Bereiches 5 in
die konkave Oberfläche des Übergangsbereiches 7 in
einem ersten Übergangsdurchmesser D2 liegt, dessen Wert
bevorzugt etwa 85% des Wertes des Linsendurchmessers D1 beträgt.
Der Linsendurchmesser D1 kann einen Durchmesser von 76 mm betragen,
wobei der Durchmesser D2 etwa; 65 mm bemessen kann.
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Der Übergang
der konkaven Oberfläche des Übergangsbereiches 7 in
die austrittsseitige Planfläche 6a des Einfassbereiches 6 erfolgt
in einem zweiten Übergangsdurchmesser D3 der Projektionslinse 1,
dessen Wert vorzugsweise 92% des Wertes des Linsendurchmessers D1
beträgt. Der zweite Übergangsdurchmesser D3 kann
folglich einen Wert von etwa 70 mm betragen, bevor die Planfläche 6a des Einfassbereiches 6 in
radialer Richtung nach außen gerichtet beginnt.
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4 zeigt
eine Seitenansicht des Ausführungsbeispieles der Projektionslinse 1,
wobei beispielhaft zwei Strahlenverläufe dargestellt sind.
Ferner ist ein Blendenkörper 11 gezeigt, durch
den beispielsweise ein Abblendlicht erzeugt werden kann. Ein erster
Lichtstrahl tritt über die Eintrittsseite 2 in die
Projektionslinse 1 ein und durchläuft diese im
optisch aktiven Bereich 5. Nach Durchlauf des Lichtstrahles
durch den optisch aktiven Bereich 5 trägt dieser
zur Bildung eines Hauptfeldes 8 des Lichtfeldes bei, der
durch den Scheinwerfer in Fahrtrichtung emittiert wird. Hierbei
auftretende Intensitäten sind vergleichweise hoch, wobei
mit Annäherung an die optische Achse 4 die Intensität
weiter steigt. Ferner ist ein zweiter Lichtstrahl gezeigt, der über
die Ein trittsseite 2 der Projektionslinse 1 eintritt
und diese im Übergangsbereich 7 wieder verlässt.
Dieser zweite gezeigte Lichtstrahl trägt zur Ausleuchtung
eines Vorfeldes 9 bei, das Bestandteil des Lichtfeldes
ist und einen unteren, fahrzeugnahen Teil in Richtung zur Fahrbahn
ausleuchtet. Die Intensitäten des Lichtes im Bereich der
optischen Achse 4 können hohe Werte annehmen und
in Richtung zum Übergangsbereich 7 kontinuierlich
abnehmen, so dass dieser nur durch eine vergleichsweise geringe
Intensität ausgeleuchtet wird.
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Die
Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung
auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen,
der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder
Vorteile einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen
und Verfahrensschritte, können sowohl für sich
als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich
sein.
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- 1
- Projektionslinse
- 2
- Eintrittsseite
- 3
- Austrittsseite
- 4
- optische
Achse
- 5
- optisch
aktiver Bereich
- 6
- Einfassbereich
- 7
- Übergangsbereich
- 8
- Hauptfeld
- 9
- Vorfeld
- 10
- Außenfläche
- 11
- Blendenkörper
- D1
- Linsendurchmesser
- D2
- erster Übergangsdurchmesser
- D3
- zweiter Übergangsdurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005043819
A1 [0003]
- - EP 0969246 B1 [0005]