Optikelement zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Optikelement (10) zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs, wobei das Optikelement (10) mit Licht (11) durchstrahlbar ist, das von wenigstens einer im Scheinwerfer angeordneten Lichtquelle (12) erzeugbar ist, wobei das Optikelement (10) zur Strahlformung des das Optikelement (10) durchstrahlenden Lichtes (11) dient und wobei das Optikelement (10) an wenigstens einer Oberfläche (13) eine diffraktive Struktur (14) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die diffraktive Struktur (14) numerisch beschreibbar ist und zur Beeinflussung einer Hell-Dunkel-Grenze (15) eines Abblendlichtes des Scheinwerfers dient.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Optikelement zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs, wobei das Optikelement mit Licht durchstrahlbar ist, das von wenigstens einer im Scheinwerfer angeordneten Lichtquelle erzeugbar ist, wobei das Optikelement zur Strahlformung des das Optikelement durchstrahlenden Lichtes dient und wobei das Optikelement an wenigstens einer Oberfläche eine diffraktive Struktur aufweist.

[0002] Es ist bekannt, dass Optikelemente zur Lichtstrahlformung in Fahrzeugscheinwerfer eingesetzt werden, wobei die Optikelemente mit diffraktiven Strukturen versehen werden, um gesetzliche und technische Erfordernisse einer entsprechenden Lichtfunktion zu erfüllen. Es kann sich dabei um Hauptlichtfunktionen eines Fahrzeugscheinwerfers, wie Abblendlicht und Fernlicht oder Zusatzlichtfunktionen, wie Abbiegelicht und Tagfahrlicht handeln. Die Erfordernisse an Optikelemente zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs sind zahlreich und sehr spezifisch, um ein bestimmtes Lichtfeld und eine entsprechende Lichtintensität für eine der verschiedenen Lichtfunktionen sicherzustellen. Deswegen weisen Optikelemente oft eine komplizierte Geometrie auf oder werden mit stochastischen Strukturen versehen, die mathematisch nicht beschreibbar sind.

[0003] Bei Abblendlicht muss die Fahrbahn vor dem Fahrzeug ausgeleuchtet werden, ohne die Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge oder andere Verkehrsteilnehmer zu blenden. Dabei entsteht eine Grenze zwischen einem beleuchteten und einem unbeleuchteten vertikal unterteilten Bereich, welche Grenze bei einer Abblendlichtfunktion als Hell-Dunkel-Grenze bezeichnet wird. Hierbei muss beachtet werden, dass der Übergang zwischen hellem und dunklem Bereich einerseits einen hohen Kontrast aufweisen muss, um den Gegenverkehr nicht zu blenden, aber gleichzeitig im Übergang relativ weich sein muss, um den rechten Straßenrand für den Fahrer klar erkennbar zu machen und um Fußgänger und Radfahrer am Fahrbahnrand früher wahrzunehmen. Der Härtegrad einer Hell-Dunkel-Grenze ist somit ein wesentliches Qualitätsmerkmal einer Abblendlichtfunktion.

[0004] Herkömmliche Optikelemente ohne diffraktive Struktur weisen einen hohen Kontrast an der Grenze zwischen hellem und dunklem Bereich auf. Strukturen zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze sind hauptsächlich für Glaslinsen bekannt. Bekannte stochastische Strukturen werden per Glaskugel-Strahlen in das Presswerkzeug eingebracht und im Urformverfahren in die Oberfläche einer Glaslinse übertragen, was eine zusätzliche manuelle Nacharbeit wie Polieren der Werkzeugoberfläche erfordert, um eine gewünschte Oberflächenrauigkeit zu erreichen.

[0005] Aus der DE 20 2004 005 936 U1 ist ein Optikelement zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs bekannt, das zur Strahlformung eines von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtes dient. Das Optikelement besteht aus Glas und weist eine plane Oberfläche und eine konvexe Oberfläche auf. In die konvexe Oberfläche des Optikelements ist eine diffraktive Struktur eingebracht, die eine größere Oberflächenrauigkeit als die plane Oberfläche des Optikelements aufweist, wodurch eine Beeinflussung der Hell-Dunkel-Grenze erreicht wird. Die diffraktive Struktur wird im Formwerkzeug durch einen Erodier- oder Strahlvorgang eingebracht und auf die konvexe Oberfläche des Optikelements durch ein Formpressverfahren abgeformt.

[0006] Als nachteilig hat sich dabei erwiesen, dass der werkzeugtechnische Aufwand zu hoch und die technische Umsetzung zu aufwendig sind. Des Weiteren ist die stochastische Struktur, die dabei entsteht, im Hinblick auf lichttechnische Auslegung der Struktur nicht befriedigend.

[0007] Ferner ist die Übertragbarkeit des Verfahrens von Glaslinsen auf Kunststofflinsen aufgrund des unterschiedlichen Urformverfahrens und der unterschiedlichen Materialien nicht möglich. Die aus dem Stand der Technik bekannten stochastischen Strukturen, die per Glaskugel-Strahlen, Erodieren, Printstruktur oder gelaserter Feinstruktur in die Oberfläche des Spritzgusswerkzeugs eingebracht werden, führen am Kunststoffteil zu einer zu starken Beeinflussung der Lichtverteilung, sodass die Hell-Dunkel-Grenze nicht eindeutig ist und oft doppelt erscheint.

[0008] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Optikelement für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile überwindet. Insbesondere ist ein Optikelement zu schaffen, das eine derartige diffraktive Struktur aufweist, die ein Einstellen eines Aufweichungsgrades einer Hell-Dunkel-Grenze eines Abblendlichtes ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Optikelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0010] Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die diffraktive Struktur, die in wenigstens eine Oberfläche des Optikelements eingebracht wird, numerisch beschreibbar ist und zur Beeinflussung einer Hell-Dunkel-Grenze eines Abblendlichtes des Scheinwerfers dient. Die mathematische Beschreibbarkeit der diffraktiven Struktur führt auf vorteilhafte Weise zur computergestützten Simulierbarkeit des durch das Optikelement geformten Lichtes. Weiterhin werden im Vergleich zu einer stochastischen Struktur eine lichttechnische Auslegung und eine objektive Qualitätsprüfung der diffraktiven Struktur möglich. Die erfindungsgemäße diffraktive Struktur kann somit das das Optikelement durchstrahlbare Licht derart beeinflussen, dass es mit weichen Übergängen oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet wird, was zu einer im gewünschten Umfang aufgeweichten und entschärften, einfach vorhandenen Hell-Dunkel-Grenze führt.

[0011] Eine mögliche bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Optikelement aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat, hergestellt wird. Polycarbonat und Polymethylmethacrylat sind synthetische, transparente thermoplastische Kunststoffe, die einen Ersatz für Glas darstellen. Derartige Kunststoffe sind elastisch und ab 100°C plastisch verformbar, wobei bei schneller Abkühlung die neue Form der Kunsstoffe erhalten bleibt und sich schneiden oder gravieren lässt, so dass die erfindungsgemäße diffraktive Struktur vorteilhafterweise darin einbringbar ist. Zudem sind derartige Kunstoffe witterungs-, alterungsbeständig und vergleichsweise kratzunempfindlich, sodass ein daraus hergestelltes Optikelement zur Anordnung in einem Fahrzeugscheinwerfer geeignet ist.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Optikelement durch einen Kunststoff-Spritzguss-Prozess hergestellt werden, wobei die diffraktive Struktur im Formwerkzeug des Kunststoff-Spritzguss-Prozesses eingebracht wird und auf der Oberfläche des Optikelementes abgeformt wird. Durch das Formwerkzeug werden die geometrische Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Optikelementes bestimmt. Vorteilhafterweise lässt sich die erfindungsgemäße diffraktive Struktur durch Spritzgießen mit hoher Genauigkeit und in kurzer Zeit herstellen.

[0013] In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die diffraktive Struktur durch ein Formpressverfahren in die Oberfläche des Optikelementes eingebracht werden. Die erfindungsgemäße diffraktive Struktur lässt sich ebenso gut im Formwerkzeug eines Formpressverfahrens einbringen, sodass das Optikelement auch aus Glas hergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Struktur ist somit werkstoffunabhängig und für Glas ebenso gut wie für Kunststoffe anwendbar.

[0014] In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Optikelement als Plankonvexlinse ausgebildet, wobei die diffraktive Struktur in die plane Oberfläche des Optikelements eingebracht werden kann. Das Optikelement wird derart in einem Scheinwerfer eingebaut, dass die plane Oberfläche von der Außenseite des Scheinwerfers nicht sichtbar ist. Deswegen kann die plane Oberfläche mit einer diffraktiven Struktur versehen werden, ohne das Erscheinungsbild des Scheinwerfers zu beeinträchtigen.

[0015] Nach einem besonderen Vorteil erfolgt die Einkopplung des Lichtes in das Optikelement über die plane Oberfläche des Optikelements. Hierbei wird eine Lichtquelle angrenzend an die plane Oberfläche des Optikelements im Scheinwerfer angeordnet. Das durch die Lichtquelle emittierte Licht wird bereits an der planen Oberfläche durch die diffraktive Struktur gebrochen, um das das Optikelement durchstrahlende Licht vorteilhaft zu formen.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Optikelement eine konvexe Oberfläche auf, wobei die Auskopplung des Lichtes aus dem Optikelement über die konvexe Oberfläche erfolgt. Hierbei wird das das Optikelement durchstrahlbare Licht an der konvexen Oberfläche ein weiteres Mal gebrochen, was zu einer vorteilhaften Lichtstrahlformung des aus dem Optikelement austretenden Lichtes dienen kann.

[0017] Nach einem besonderen Vorteil der vorliegenden Erfindung bildet die diffraktive Struktur ein räumlich sequenzielles Muster, vorzugsweise ein räumlich sequenzielles prismenartiges Muster, wobei der Flächenanteil des Musters auf der planen Oberfläche bis zu 50% und vorzugsweise bis zu 30% beträgt. Dieser Flächenanteil ist maßgeblich für das Lichtverhältnis des Lichtes, das unterhalb bzw. oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet wird, und kann somit zur vorteilhaften Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze dienen. Hierbei kann das räumlich sequenzielle Muster gleich verteilt über die plane Oberfläche des Optikelements ausgebildet sein. Des Weiteren kann ein sequentielles Segment des Musters durch eine erhabene oder vertiefte Form bestimmt sein, die im Querschnitt einem Dreieck, einer Rille oder einer anderen beliebeigen geometrischen Figur entsprechen kann.

[0018] Vorzugsweise kann die diffraktive Struktur durch aus der planen Oberfläche des Optikelements erhabene Segmente gebildet sein, wobei die Breite eines Segmentes bis zu 1 mm und vorzugsweise bis zu 0,6 mm betragen kann. Hierbei bestimmt die Segmentbreite die lichttechnisch wirksame prismatische Struktur, die zur vorteilhaften Lichtstrahlformung vorgesehen ist. Die diffraktive Struktur dient dabei zur Beeinflussung einer Lichtintensität des Lichtes angrenzend an die Hell-Dunkel-Grenze, vorzugsweise zur Beeinflussung der Lichtintensität des Lichtes, das oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze an diese angrenzt.

[0019] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Segmente in einer Richtung quer zur optischen Achse des Lichtes über der Oberfläche des Optikelementes und weisen dabei einen dreieckförmigen Querschnitt mit einer Lichteintrittsfläche auf, wobei der Winkel zwischen der Lichteintrittsfläche und der planen Oberfläche kleiner als 5°, vorzugsweise kleiner als 0,5° beträgt. Vorteilhafterweise bestimmt der Winkel zwischen der Lichteintrittsfläche und der planen Oberfläche des Optikelements die Breite des Lichtfeldes, die oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet wird. Der Winkel kann hierbei derart gewählt werden, dass eine vorteilhafte Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze erreicht wird.

[0020] Die Segmente der diffraktiven Struktur lenken Lichtabschnitte segmentweise vom Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze in den Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze ab, wobei sich die Lichtabschnitte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze vorzugsweise überlagern, derart, dass der Kontrast der Hell-Dinkel-Grenze verringert wird. Einkopplung des Lichtes durch verschiedene Segmente und Auskopplung des Lichtes durch die konvexe Oberfläche des Optikelements geschehen unter verschiedenen Winkeln, was zur Überlagerung der durch das Optikelement abgebildeten Lichtabschnitte führt. Folglich wird unmittelbar oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze eine hohe Lichtintensität durch vielfache Überlagerungen erzeugt, die mit zunehmendem Abstand von der Hell-Dunkel-Grenze mit abnehmenden Überlagerungen gleitend abnimmt. Für einen Beobachter ergibt sich somit eine nach oben weich auslaufende Hell-Dunkel-Grenze.

[0021] Eine Möglichkeit, die diffraktive Struktur mathematisch zu beschreiben, ermöglicht eine genaue Bestimmung des Abblendlichtfeldes. Vorteilhafterweise können durch eine Anpassung der geometrischen Charakteristiken der diffraktiven Struktur eine vorteilhafte Lichtintensität und eine gewünschte Lichtverteilung des Abblendlichtfeldes erreicht werden. Parameter der erfindungsgemäßen Struktur, die zu einer vorteilhaften Lichtstrahlformung eingestellt werden können, sind geometrische Form, Anzahl und Ausrichtung der Segmente, sowie der Abstand zwischen den Segmenten. Folglich dient das erfindungsgemäße Optikelement zur vorteilhaften Lichtstrahlformung einer Abblendlichtfunktion mit einer aufgeweichten, dennoch eindeutigen Hell-Dunkel-Grenze.

[0022] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1

eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Optikelements,

Fig. 2

eine Lichtverteilung nahe einer Hell-Dunkel-Grenze eines Abblendlichtfeldes an einer 10m vom Scheinwerfer entfernten Wand,

Fig. 3

eine Intensität der Lichtverteilung des Abblendlichts in Abhängigkeit von der Höhe vor dem Scheinwerfer,

Fig. 4

eine Draufsicht einer planen Oberfläche und eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Optikelements,

Fig. 5

eine vergrößerte Ansicht einer diffraktiven Struktur auf der planen Oberfläche des erfindungsgemäßen Optikelements in einer Schnittdarstellung und

Fig. 6

eine vergrößerte Ansicht eines Segments der diffraktiven Struktur auf der planen Oberfläche des erfindungsgemäßen Optikelements in einer Schnittdarstellung.

[0023] Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Optikelement 10 in einer Schnittansicht. Das Optikelement 10 ist mit Licht 11 durchstrahlbar, das von einer Lichtquelle 12 erzeugbar ist. Die Einkopplung des Lichtes 11 in das Optikelement 10 erfolgt über eine plane Oberfläche 13 des Optikelements 10. Hierbei ist die Lichtquelle 12 auf der Seite der planen Oberfläche 13 des Optikelements 10 in der optischen Achse 19 des Optikelements 10 angeordnet. Das Optikelement 10 weist außerdem eine konvexe Oberfläche 16 auf, wobei die Auskopplung des Lichtes 11 aus dem Optikelement 10 über die konvexe Oberfläche 16 erfolgt. Das Optikelement 10 ist auf der planen Oberfläche 13 mit einer erfindungsgemäßen diffraktiven Struktur 14 versehen. Das durch die Lichtquelle 12 emittierte Licht 11 wird zunächst an der planen Oberfläche 13 durch die diffraktive Struktur 14 und anschließend an der konvexen Oberfläche 16 gebrochen. Das Optikelement 10 formt das Licht 11 derart, dass die Lichtstrahlen nahe einer Hell-Dunkel-Grenze 15 annähernd parallel verlaufen. An der diffraktiven Struktur 14 gebrochene Lichtstrahlen 21, 22 werden hauptsächlich aus dem Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 in den Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 abgelenkt. Die nach oben abgelenkten Lichtstrahlen 21 erzeugen eine nach oben weich auslaufende Lichtintensität 21 im Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze, wie es in der Figur 2 zu sehen ist.

[0024] Figur 2 zeigt eine Lichtverteilung nahe der Hell-Dunkel-Grenze 15 eines Abblendlichtfeldes an einer 10m vom Scheinwerfer entfernten Wand 24. Die Lichtverteilung des durch das Optikelement 10 gebrochenen Lichtes 11 ist asymmetrisch, wobei die Hell-Dunkel-Grenze 15 zur rechten Seite nach oben abgelenkt ist. Die diffraktive Struktur 14 aus der Figur 1 hat die Lichtstrahlen 21, 22 in den Bereich oberhalb und unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 abgelenkt. Hierbei ist eine Lichtintensität 21, 22 des Lichtes 11 oberhalb und unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 entstanden. Wie es in der Figur 2 zu erkennen ist, weist die Hell-Dunkel-Grenze 15 keinen abrupten Übergang zwischen einem ausgeleuchteten und einem dunklen Bereich auf. Die Hell-Dunkel-Grenze ist auf die Breite zwischen den Lichtstrahlen 21 und 22 aufgeweicht. Wie es nachkommend in der Figur 3 gezeigt ist, ist der Übergang zwischen der hohen Intensität 22 unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 und der niedrigen Intensität 21 oberhalb der der Hell-Dunkel-Grenze 15 gleitend abfallend, wenn man die Lichtverteilung in Abhängigkeit von der Höhe H vor dem Scheinwerfer im Schnitt S der Lichtverteilung betrachtet.

[0025] Figur 3 zeigt eine Intensität 1 der Lichtverteilung des Abblendlichts in Abhängigkeit von der Höhe H vor dem Scheinwerfer als Grafik einer Funktion der Lichtintensität I von der Höhe H. Die Lichtintensität I ist im Schnitt S der Lichtverteilung dargestellt, wie es durch die gestrichelte Linie S in der Figur 2 gezeigt ist. Der erste Abschnitt I der Grafik verläuft beinahe vertikal und entspricht der Intensität I des durch den Scheinwerfer ausgeleuchteten Lichtfeldes unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 bis zu einer bestimmten Höhe H. Der zweite Abschnitt II der Grafik entspricht dem Übergang zwischen dem ausgeleuchteten Bereich und dem dunklen Bereich oberhalb des Abblendlichtfeldes. Der Übergang weist einen hohen Kontrast auf, da der Abschnitt II in der Ansicht beinahe horizontal verläuft. Der Abschnitt III in der Ansicht weist Lichtabschnitte 23 auf und verläuft stufenartig.

[0026] Die Lichtabschnitte 23 entsprechen der Überlagerung der Lichtstrahlen 21, 22, die durch die diffraktive Struktur 14 abgelenkt sind. Die Segmente 18 bilden somit die Lichtabschnitte 23 in den Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 ab, die sich derart überlagern, sodass die Lichtintensität I oberhalb der Hell-Dinkel-Grenze 15 gleitend abfällt, und sodass der Kontrast des Überganges zwischen ausgeleuchtetem und dunklem Bereich verringert ist. Die Abschnitte II und III entsprechen, zusammen betrachtet, der durch das erfindungsgemäße Optikelement 10 aufgeweichten Hell-Dunkel-Grenze 15 der Abblendlichtverteilung. Die Intensität I der Hell-Dunkel-Grenze 15 ist somit ebenfalls eine Funktion von der Höhe H vor dem Scheinwerfer. Der Abschnitt IV der Grafik I entspricht dem dunklen Bereich außerhalb des Abblendlichtfeldes.

[0027] Figur 4 zeigt eine Draufsicht der planen Oberfläche 13 des Optikelements 10 und eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Optikelements 10. Die plane Oberfläche 13 des erfindungsgemäßen Optikelements 10 ist links in der Figur 4 gezeigt. In der Oberfläche 13 ist die diffraktive Struktur 14 eingebracht, die ein räumlich sequenzielles Muster 17 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Muster 17 einen sequentiellen Charakter auf, das aus mehreren prismatischen Segmenten 18 gebildet ist. Die Segmente 18 erstrecken sich in einer Richtung quer zur optischen Achse 19 des Lichtes 11 über der Oberfläche 13 des Optikelements 10 und weisen einen dreieckförmigen Querschnitt mit einer Lichteintrittsfläche 20 auf, wie es nachfolgend in der Figur 6 verdeutlicht ist. Der Flächenanteil des Musters 17 auf der planen Oberfläche 13, der durch die Breite der Segmente 18 bestimmt ist, beträgt vorzugsweise 30%. Rechts in der Figur 4 ist das erfindungsgemäße Optikelement 10 in einer Schnittansicht gezeigt. In der Schnittansicht ist es zu sehen, dass die Segmente 18 der diffraktiven Struktur 14 aus der planen Oberfläche 13 hervorstehen und im Querschnitt der Form eines Dreiecks entsprechen.

[0028] Figur 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der diffraktiven Struktur 14 auf der planen Oberfläche 13 des erfindungsgemäßen Optikelements 10 in einer Schnittdarstellung. Der abgebildete Ausschnitt der diffraktiven Struktur 14 ist etwa um die optische Achse 19 des Optikelements 10 ausgewählt. Die diffraktive Struktur 14 bildet ein sequentielles prismatisches Muster 17, das in vertikaler Richtung spiegelsymmetrisch bezüglich der optischen Achse 19 auf der Oberfläche 13 abgebildet ist. Das Muster 17 ist aus den erhabenen prismatischen Segmenten 18 gebildet, die einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen, wie in Figur 6 gezeigt ist.

[0029] Figur 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Segments 18 der diffraktiven Struktur 14 auf der planen Oberfläche 13 des erfindungsgemäßen Optikelements 10 in einer Schnittdarstellung. Das Segment 18 weist eine Breite s auf, die die eigentliche Breite der lichttechnisch wirksamen Struktur 14 bestimmt. Geometrisch ergänzt sich die Breite s durch s', wobei eine Seite des Segments 18 als Lichteintrittsfläche 20 des auf das Segment 18 einfallenden Lichtes 11 dient. Somit ist die Breite s des Segments 18 maßgeblich für die Lichtintensität I des Lichtes 11, das unterhalb oder oberhalb der scharfen Hell-Dunkel-Grenze 15 abgebildet wird, wie es in der Figur 2 gezeigt ist. Folglich ist die Breite s ebenfalls maßgeblich für den Grad der Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze 15. Am oberen Scheitelpunkt des Segments 18 entsteht ein Winkel β, der von beliebiger Größe größer Null gewählt werden kann. Im dargelegten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel aus Herstellungsgründen 90°.

[0030] Ein weiterer charakteristischer Parameter des Segments 18 ist ein Winkel α, der zwischen der planen Oberfläche 13 und der Lichteintrittsfläche 20 entsteht. Der Winkel α bestimmt dabei die Breite des Lichtabschnitts 23, das oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15 abgebildet wird, wie es in der Figur 3 gezeigt ist. Die Einkopplung des Lichtes 11 in das Optikelement 10 durch unterschiedliche Segmente 18 und die Auskopplung des Lichtes 11 aus dem Optikelement 10 geschehen unter verschiedenen Winkeln. Folglich erzeugt jedes derartige Segment 18 der diffraktiven Struktur 14 einen Lichtabschnitt 23 oberhalb oder unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15, der auf einer unterschiedlichen Höhe zur Hell-Dunkel-Grenze 15 abgebildet wird. Die Wirkung der Segmente 18 führt zur Überlagerung der Lichtabschnitte 23 und zur Entstehung der Lichtintensität oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 15, die mit zunehmender Höhe gleitend abnimmt. Somit ergibt sich eine nach oben weich auslaufende Hell-Dunkel-Grenze 15, wie es in der Figur 3 gezeigt ist.

[0031] Die geometrische Form, Anzahl und Ausrichtung der Segmente 18, sowie der Abstand zwischen den Segmenten 18 bestimmen die lichttechnischen Eigenschaften des Optikelements 10 und beeinflussen somit die Hell-Dunkel-Grenze 15 des Abblendlichtfeldes. Die Segmente 18 können insbesondere abhängig vom Abstand zur optischen Achse 19 unterschiedlich ausgeführt sein. Insbesondere können die Winkel α und β von Segment 18 zu Segment 18 variieren. Eine Möglichkeit, die diffraktive Struktur 14 zu bestimmen, ermöglicht eine vorteilhafte Lichtstrahlformung des Abblendlichtes, wobei die Lichtverteilung des Abblendlichtes objektiv berechnet werden kann. Vielmehr können durch eine Anpassung der geometrischen Charakteristiken der diffraktiven Struktur 14 eine gewünschte Lichtintensität I und eine vorteilhafte Form der Lichtverteilung erreicht werden.

[0032] Des Weiteren kann die geometrische Form der Segmente 18 sowie des Musters 17 vorteilhaft gewählt werden. Der Abstand zwischen den Segmenten 18 kann dabei variiert werden, um den Härtegrad der Hell-Dunkel-Grenze 15 vorteilhaft zu beeinflussen, wobei auch die Ausrichtung der einzelnen Segmente 18 variiert werden kann, um die Breite der Hell-Dunkel-Grenze 15 einzustellen. Anstelle des prismatischen Musters 17 kann ein Muster gewählt werden, das beispielhaft aus Vertiefungen in Form von Rillen gebildet wird. Außerdem kann die Form der Segmente 18 vorteilhaft gewählt werden, sodass sie zum Beispiel im Querschnitt einen Halbkreis oder eine andere beliebige mathematisch beschreibbare geometrische Figur bilden. Die Geometrie der diffraktiven Struktur 14 kann nicht nur zur vorteilhaften Beeinflussung der Lichtverteilung dienen, sondern auch den Erfordernissen der Herstellertechnik angepasst werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Optikelements 10 ist eine Möglichkeit einer objektiven Qualitätsprüfung der mit der diffraktiven Struktur 14 versehenen Oberfläche 13. Als besonders vorteilhaft hat sich ebenfall erwiesen, dass der Oberflächengradient wie andere charakteristische Parameter des erfindungsgemäßen Optikelements eindeutig bestimmbare mathematische Größen sind. Des Weiteren können die lichttechnische Auslegung des Optikelements und die numerische Simulierbarkeit der Lichtverteilung ebenfalls eindeutig und objektiv ausgeführt werden, wobei eine ungenaue und aufwendige empirische Abschätzung des Abblendlichtfeldes nicht mehr nötig ist. Insbesondere vorteilhaft ist, dass die diffraktiven Strukturen 14 aus der Oberfläche 13 hervorstehend ausgebildet sind, was den werkzeugseitigen Aufwand zur Herstellung des Optikelements 10 verringert.

Bezugszeichenliste

[0033] 

10

Optikelement, Plankonvexlinse

11

Licht

12

Lichtquelle

13

Oberfläche

14

diffraktive Struktur

15

Hell-Dunkel-Grenze

16

konvexe Oberfläche

17

Muster

18

Segment

19

optische Achse

20

Lichteintrittsfläche

21

Lichtintensität oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze

22

Lichtintensität unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze

23

Lichtabschnitt

24

10m- Wand

H

Höhenrichtung vor dem Scheinwerfer

I

Intensität des Lichtes

S

Schnittfläche einer Lichtverteilung

s, s'

Breite eines Segments

I, II, III, IV

Grafikabschnitte

α

Winkel

β

Winkel

Ansprüche

1. Optikelement (10) zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs, wobei das Optikelement (10) mit Licht (11) durchstrahlbar ist, das von wenigstens einer im Scheinwerfer angeordneten Lichtquelle (12) erzeugbar ist, wobei das Optikelement (10) zur Strahlformung des das Optikelement (10) durchstrahlenden Lichtes (11) dient und wobei das Optikelement (10) an wenigstens einer Oberfläche (13) eine diffraktive Struktur (14) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) numerisch beschreibbar ist und zur Beeinflussung einer Hell-Dunkel-Grenze (15) eines Abblendlichtes des Scheinwerfers dient.

2. Optikelement (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat, hergestellt ist.

3. Optikelement (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) als Plankonvexlinse (10) ausgebildet ist, wobei die Oberfläche (13) des Optikelementes (10) die plane Oberfläche (13) ist, in wenigstens der die diffraktive Struktur (14) eingebracht ist.

4. Optikelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung des Lichtes (11) in das Optikelement (10) über die plane Oberfläche (13) erfolgt.

5. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) eine konvexe Oberfläche (16) aufweist, wobei die Auskopplung des Lichtes (11) aus dem Optikelement (10) über die konvexe Oberfläche (16) erfolgt.

6. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Optikelement (10) durch einen Kunststoff-Spritzguss-Prozess hergestellt ist, wobei die diffraktive Struktur (14) im Formwerkzeug des KunststofF-Spritzguss-Prozesses eingebracht ist und auf der Oberfläche (13) des Optikelementes (10) abformbar ist.

7. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) durch ein Formpressverfahren in die Oberfläche (13) des Optikelementes (10) einbringbar ist.

8. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) ein räumlich sequenzielles Muster (17), vorzugsweise ein räumlich sequenzielles prismenartiges Muster (17) bildet, wobei der Flächenanteil des Musters (17) auf der planen Oberfläche (13) bis zu 50%, vorzugsweise 30% beträgt.

9. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) durch aus der Oberfläche (13) erhabene Segmente (18) gebildet ist, wobei die Breite eines Segmentes (18) bis zu 1 mm und vorzugsweise bis zu 0,6 mm beträgt.

10. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Segmente (18) in einer Richtung quer zur optischen Achse (19) des Lichtes (11) über der Oberfläche (13) des Optikelementes (10) erstrecken und einen dreieckförmigen Querschnitt mit einer Lichteintrittsfläche (20) aufweisen, wobei der Winkel (α) zwischen der Lichteintrittsfläche (20) und der planen Oberfläche (13) kleiner als 5°, vorzugsweise kleiner als 0,5° beträgt.

11. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) zur Beeinflussung einer Lichtintensität (21, 22) des Lichtes (11) angrenzend an die Hell-Dunkel-Grenze (15) dient, vorzugsweise zur Beeinflussung der Lichtintensität (21) des Lichtes (11), das oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) an diese angrenzt.

12. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (18) der diffraktiven Struktur (14) Lichtabschnitte (23) segmentweise vom Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) in den Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) ablenken, wobei sich die Lichtabschnitte (23) oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) vorzugsweise überlagern, derart, dass der Kontrast der Hell-Dinkel-Grenze (15) verringert ist.

13. Scheinwerfer für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.

1. Optikelement (10) zur Anordnung in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs, wobei das Optikelement (10) mit Licht (11) durchstrahlbar ist, das von wenigstens einer im Scheinwerfer angeordneten Lichtquelle (12) erzeugbar ist, wobei das Optikelement (10) zur Strahlformung des das Optikelement (10) durchstrahlenden Lichtes (11) dient und wobei das Optikelement (10) an wenigstens einer Oberfläche (13) eine diffraktive Struktur (14) aufweist, die numerisch beschreibbar ist und zur Beeinflussung einer Hell-Dunkel-Grenze (15) eines Abblendlichtes des Scheinwerfers dient, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) ein räumlich sequenzielles prismenartiges Muster (17) bildet, wobei der Flächenanteil des Musters (17) auf der planen Oberfläche (13) bis zu 50% beträgt.

2. Optikelement (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Polycarbonat oder einem Polymethylmethacrylat, hergestellt ist.

3. Optikelement (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) als Plankonvexlinse (10) ausgebildet ist, wobei die Oberfläche (13) des Optikelementes (10) die plane Oberfläche (13) ist, in wenigstens der die diffraktive Struktur (14) eingebracht ist.

4. Optikelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung des Lichtes (11) in das Optikelement (10) über die plane Oberfläche (13) erfolgt.

5. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) eine konvexe Oberfläche (16) aufweist, wobei die Auskopplung des Lichtes (11) aus dem Optikelement (10) über die konvexe Oberfläche (16) erfolgt.

6. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Optikelement (10) durch einen Kunststoff-Spritzguss-Prozess hergestellt ist, wobei die diffraktive Struktur (14) im Formwerkzeug des Kunststoff-Spritzguss-Prozesses eingebracht ist und auf der Oberfläche (13) des Optikelementes (10) abformbar ist.

7. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) durch ein Formpressverfahren in die Oberfläche (13) des Optikelementes (10) einbringbar ist.

8. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenanteil des Musters (17) auf der planen Oberfläche (13) 30% beträgt.

9. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) durch aus der Oberfläche (13) erhabene Segmente (18) gebildet ist, wobei die Breite eines Segmentes (18) bis zu 1 mm und vorzugsweise bis zu 0,6 mm beträgt.

10. Optikelement (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Segmente (18) in einer Richtung quer zur optischen Achse (19) des Lichtes (11) über der Oberfläche (13) des Optikelementes (10) erstrecken und einen dreieckförmigen Querschnitt mit einer Lichteintrittsfläche (20) aufweisen, wobei der Winkel (α) zwischen der Lichteintrittsfläche (20) und der planen Oberfläche (13) kleiner als 5°, vorzugsweise kleiner als 0,5° beträgt.

11. Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur (14) zur Beeinflussung einer Lichtintensität (21, 22) des Lichtes (11) angrenzend an die Hell-Dunkel-Grenze (15) dient, vorzugsweise zur Beeinflussung der Lichtintensität (21) des Lichtes (11), das oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) an diese angrenzt.

12. Optikelement (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (18) der diffraktiven Struktur (14) Lichtabschnitte (23) segmentweise vom Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) in den Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) ablenken, wobei sich die Lichtabschnitte (23) oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (15) vorzugsweise überlagern, derart, dass der Kontrast der Hell-Dunkel-Grenze (15) verringert ist.

13. Scheinwerfer für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Optikelement (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche.

Zeichnung