DE102005032128A1

DE102005032128A1 - Wechsellinse

Info

Publication number: DE102005032128A1
Application number: DE102005032128A
Authority: DE
Inventors: Sen Hans-Erich Gubela
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wechsellinse mit einem transparenten Kunststoffkörper in Form eines Kreises oder eines Rechtecks, auf dem mehrere Linsen als Freiformflächen angeordnet sind. Durch Bewegen der Wechsellinse vor der Lichtquelle kann die erzeugte Lichtstrahlkeule verändert werden. Die Wechsellinse wird verwendet für ein Sensorsystem, das mit der Aussendung von Licht arbeitet und die Brennweite des ausgesandten Lichtstrahles verändern kann. Auch die Anwendung in Scheinwerfern von Automobilen ermöglicht ein Umschalten zwischen Aufblendlicht und Abblendlicht mittels der Wechsellinse. Die ausgesandte Lichtkeule kann durch die Wechsellinse auch jeweils in Fahrtrichtung des Automobils nach links und rechts geschwenkt werden.

Description

Um die Form einer Lichtkeule mit einer gegebenen Linse zu verändern, muss man die Linse von der Lichtquelle weg oder zu ihr hin bewegen. Die hier vorgeschlagene Wechsellinse ermöglicht, mit einer im Abstand zur Lichtquelle festen Position die Größe und die Form des Lichtkegels zu verändern, indem die Wechsellinse (1 und 2) gedreht oder geschoben (3) wird.

Die Wechsellinse ermöglicht damit neue Beleuchtungslösungen in der Sensorik, im Automobilbereich und in der allgemeinen Wechselanordnung von Beleuchtungskörpern, sowie einen schnellen Wechsel von Brennweiten in der Kameratechnik.

In der Sensorik werden Lichtschranken verwendet, die eine feststehende Linse verwenden. Dadurch ist durch wechselnde Entfernung zwischen Sender und Empfänger, oder zwischen Sender und Reflektor bei der Reflexlichtschranke, die Form der Lichtkeule unpassend, so dass erhebliche Energie verloren geht, die für den Signalhub und die Entfernungsleistung des Sensors wichtig ist. Die Wechsellinse mit Freiformflächen ermöglicht die Lichtkeule anzupassen (6).

Automobile sind mit Scheinwerfern ausgerüstet, deren Lichtquelle möglichst dauerhaft brennen soll und deren Lichtausbeute optimiert werden soll. Statt also beim Umschalten von Aufblendlicht zum Abblendlicht eine energievernichtende Blende vor die Lichtquelle zu schieben, ist es sinnvoller, die gesamte Lichtenergie zu nutzen und unter Verwendung der Wechsellinse die Kontur der Lichtkeule zu verändern. So kann mit der Wechsellinse zwischen Aufblendlicht, Abblendlicht, Nebellicht und Lichthupe gewechselt werden. Dazu trägt die Wechsellinse in diesem Beispiel drei als Linsen bezeichnete Freiformflächen, die die entsprechenden Lichtkeulen erzeugen. Für das Nebellicht kann auch die dazu bestimmte Freiformfläche eingefärbt sein, zum Beispiel in Gelb. Durch Drehung (1) und (2) kann die Wechsellinse in die gewünschte Position gebracht werden, um die gewünschte Lichtkeule zu erzeugen. Durch schnelles Rotieren der Wechsellinse kann zudem der Effekt einer Lichthupe erzeugt werden, weil in schneller Folge verschiedene Freiformflächenlinsen in den Strahlengang gebracht werden.

Auch können die Freiformflächen auf der Wechsellinse so gestaltet werden, dass die Lichtkeulen nicht nur gerade aus, nach oben oder unten, sondern auch nach links oder rechts gerichtet werden. So kann abhängig von der Lenkradbewegung oder der Radstellungen des Automobils das Scheinwerferlicht in die beabsichtigte Fahrrichtung gelenkt werden, um unbeleuchtete Straßenabschnitte in der neuen Fahrrichtung zu vermeiden.

Die Wechsellinse ermöglicht auch das schnelle Umschalten zwischen verschiedenen Optiken, zum Beispiel verschiedene diffraktive Beleuchtungen. Auch kann in der Kameratechnik auf das Ausfahren einer Kameraoptik verzichtet werden, wenn die Wechsellinse verwendet wird, die auch einen gleitenden Übergang zwischen verschiedenen Linsen auf der Wechsellinse ermöglicht, so wie eine Gleitsichtbrille zwischen Fern- und Lesebereich eine Freiformfläche als nahtlosen Übergang besitzt.

Die Gestaltung der Wechsellinse wird anhand der Figuren erläutert:
Es zeigt die
1 eine Wechsellinse mit einer transparenten Scheibe 1 als Linsenkörper mit einem Drehpunkt 2. Ein gestrichelt dargestellter Kreis 3 zeigt das Lichtzentrum der Wechsellinse, die um den Drehpunkt 2 herum beweglich ist. Auf dem Kreis des Lichtzentrums 3 sind beispielhaft vier Freiformlinsen angeordnet 4a, 4b, 4c und 4d, die durch Kreise symbolisiert sind.
Weil die Linsen Freiformflächen sind, sind sie in Ihrer Gestalt so berechnet, dass der Übergang von einer Linse zur folgenden Linse gleitend erfolgt. Das bedeutet, dass die Linsen sich als Freiformflächen überschneiden.
Diese Übergangszone ist zwischen einer ersten und einer zweiten Linse 4a und 4b durch eine erste Überschneidungszone 5a symbolisiert. Zwischen der zweiten und einer dritten Linse 4b und 4c liegt eine zweite Überschneidungszone 5b. Zwischen der dritten und einer vierten Linse 4c und 4d liegt eine dritte Überschneidungszone 5c. Zwischen der vierten und der ersten Linse 4d und 4a liegt eine vierte Überschneidungszone 5d.
Wird die Wechsellinse 1 um den Drehpunkt 2 gedreht und eine Lichtquelle senkrecht über dem Kreis 3 angeordnet, so findet ein gleitender Übergang zwischen den vier Linsen 4a, 4b, 4c und 4d statt.
Wird die Drehung der Wechsellinse angehalten, indem die Lichtquelle über dem Kreis 3 im Zentrum zum Beispiel der Linse 4b steht, so wird diese Linse 4b voll wirksam. Das Zentrum 6 des ausgesandten Lichtstrahls verläuft dann durch den Kreis 3 senkrecht zu einer Linsenebene, in der der Kreis 3 liegt. Haben die auf der transparenten Scheibe 1 angeordneten Linsen 4a, 4b, 4c und 4d unterschiedliche Brennweiten und Strahlengänge, so lässt sich durch Drehung der Wechsellinse die gewünschte Brennweite unter den Linsen auswählen.
2 zeigt die Anwendung der Wechsellinse in einem Lichtsensor oder einem Automobilscheinwerfer. Vor einem Reflektor 7 ist eine Lichtquelle 8 angeordnet. Vor der Lichtquelle 8 wird die transparente Scheibe 1 als Wechsellinse installiert, die sich um den Drehpunkt 2 drehen lässt. Das Lichtzentrum aus der Lichtquelle 8 muss auf dem Kreis 3 liegen. Denn auf dem Kreis 3 liegen die Zentren der Linsen.
In der 2 ist beispielhaft die Linse 4a der Wechsellinse im Strahlengang der Lichtquelle 8, während die Linse 4c außerhalb des Strahlenganges liegt. So erzeugt die Linse 4a den Lichtkegel 9.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wechsellinse. Die Wechsellinse hat die Form eines Rechtecks 10. Auf ihr sind drei Linsen 11a, 11b und 11c als Freiformflächen mit ihren Zentren auf einer Achse 12 angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Linse 11a und 11b liegt eine Überschneidungszone 13a. Die Überschneidungszone symbolisiert, dass der Übergang von einer Linse zur nächsten gleitend gestaltet ist. Zwischen der zweiten und der dritten Linse 11b und 11c liegt eine weitere Überschneidungszone 13b.
Wird die Wechsellinse 10 vor einer Lichtquelle entlang einer Achse 12 verschiebbar angeordnet und im Verlauf der Achse 12 bewegt, so kann jeweils eine der Linsen 11a, 11b oder 11c in Position zur Lichtquelle gestellt werden.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wechsellinse, bei der ein transparenter Kunststoff- oder Glaskörper 14 eine lichtundurchlässige Fläche 18 besitzt. Auf dem Linsenkörper 14 sind um einen Drehpunkt 15 auf einem Kreis 16 zentriert drei Linsen 17a, 17b und 17c angeordnet.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Wechsellinse mit einem Linsenkörper 19, dessen Kontur einer Bogenform gleicht. Die ursprüngliche Kreisform besitzt einen Kreisausschnitt 23. Auf dem Linsenkörper 19 sind um einen Drehpunkt 20 auf einem Kreis 21 zentriert drei Linsen 22a, 22b und 22c angeordnet.
6 zeigt eine Anwendung der Wechsellinse gemäß 1 für die Verwendung in einer Reflexlichtschranke. Bei der Reflexlichtschranke kann die höchst mögliche Lichtmenge reflektiert werden, wenn der vom Sensor 8 ausgesandte Lichtkegel 9 vollständig von einem Reflektor 24 erfasst werden kann. Wäre der Lichtkegel 9 zu groß, würde von dem ausgesandten Licht zuviel verloren gehen. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Wechsellinse kann jeweils durch Auswahl der geeigneten Linse, zum Beispiel hier die erste Linse 4a auf der Wechsellinse, ein zur Entfernung und Größe passender Lichtkegel gewählt werden. Dadurch werden die Energieausnutzung, der Signalhub der Lichtschranke und die Reichweite der Lichtschranke erheblich verbessert gegenüber herkömmlichen Reflexlichtschranken.
So entspricht in diesem Beispiel die 6 zunächst der 2, jedoch ist in die Achse des Strahlenganges 6 ein Reflektor 24 gestellt. Die erste Linse 4a auf der Wechsellinse 1 erzeugt einen Lichtkegel 9, der in der Größe den Reflektor 24 abdeckt.
Die Wechsellinse (1) kann aus Glas oder transparentem Kunststoff bestehen. Ihre Form besteht bevorzugt aus einer kreisförmig angeordneten Mehrzahl von Freiformlinsen, die um einen Drehpunkt 2 angeordnet sind und die mit ihrem jeweiligem Linsenzentrum auf einem gemeinsamen Kreis 3 liegen. Die Wechsellinse kann neben den Freiformlinsen lichtundurchlässige oder lichtstreuende Bereiche besitzen (4). Die Wechsellinse kann auch von der Kreisform abweichend gestaltet sein (5).
Die Wechsellinse kann für eine drehende Bewegung einen Drehpunkt 2, 15, 20 und eine kreisförmig um den Drehpunkt herum angeordnete Achse 3, 16, 21 für den Lichtdurchtritt besitzen. In einer besonderen Ausführungsform kann die Wechsellinse auch als Rechteck ausgebildet sein, um sie nicht vor der Lichtquelle zu drehen, sondern um sie auf der Achse 12 zu verschieben, um die jeweils gewünschte Brennweite zu erzielen.
Weil die auf der Wechsellinse angeordneten Linsen als Freiformlinsen ausgebildet sind, können diese sehr unterschiedliche Lichtkegel erzeugen. So kann durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Wechsellinse in Auto mobilscheinwerfern die Lichtquelle dauerhaft leuchten. Zwischen Aufblendlicht, Abblendlicht und einem breiten Lichtkegel für Nebellicht kann einfach durch Drehen oder Verschieben der Wechsellinse umgeschaltet werden. Dazu kann für das Nebellicht ein Teilbereich der Wechsellinse auch eingefärbt sein, zum Beispiel um gelbes Licht zu erzeugen.
Die Wechsellinse kann nicht nur für die drei genannten Lichtfunktionen des Scheinwerfers verwendet werden, sondern durch schnelles Drehen der Wechsellinse erzeugt der schnelle Wechsel zwischen Aufblendlicht, Abblendlicht und Nebellicht ein als Lichthupe verwendbares Lichtsignal.
Auch können die auf der Wechsellinse angeordneten Freiformlinsen so gestaltet sein, dass sie das Scheinwerferlicht in einer oder mehreren Ablenkwinkeln nach rechts oder links senden. So kann der Scheinwerfer der Lenkbewegung der Räder folgen und in die Richtung leuchten, die das Automobil einschlagen will. Das erhöht die Fahrsicherheit.
Auch bei einem Rücklicht für ein Automobil kann die Wechsellinse helfen, zwischen der Lichtverteilung für die Funktion als rotes Rücklicht und die Funktion als weißer Rückscheinwerfer für die Rückwärtsfahrt umzuschalten.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten:
Die Erfindung betrifft eine Wechsellinse mit einem transparenten Kunststoffkörper in Form eines Kreises oder eines Rechtecks, auf dem mehrere Linsen als Freiformflächen angeordnet sind. Durch Bewegen der Wechsellinse vor der Lichtquelle kann die erzeugte Lichtstrahlkeule verändert werden.
Die Wechsellinse wird verwendet für ein Sensorsystem, das mit der Aussendung von Licht arbeitet und die Brennweite des ausgesandten Lichtstrahles verändern kann. Auch die Anwendung in Scheinwerfern von Automobilen ermöglicht ein Umschalten zwischen Aufblendlicht und Abblendlicht mittels der Wechsellinse. Die ausgesandte Lichtkeule kann durch die Wechsellinse auch jeweils in Fahrrichtung des Automobils nach links und rechts geschwenkt werden.

Claims

Wechsellinse mit einem Linsenkörper (1; 14; 19) aus transparentem Material, der mindestens zwei optische Linsen (4a, 4b, 4c, 4d; 17a, 17b, 17c; 22a, 22b, 22c) als Freiformflächen aufweist, deren Zentren auf einer in einer Linsenebene verlaufenden Linsenzentrenlinie (3; 16; 20) angeordnet sind, wobei der Linsenkörper (1; 14; 19) ein Drehzentrum (2; 15; 20) für eine Drehung des Linsenkörpers (1; 14; 19) um eine zur Linsenebene senkrechte Drehachse aufweist und wobei die Linsenzentrenlinie (3; 16; 20) eine Kreislinie um die Drehachse ist.
Wechsellinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 14) einen kreisförmigen Umriß aufweist.
Wechsellinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (19) einen bogenförmigen Umriß aufweist.
Wechsellinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper eine unregelmäßige Außenkontur aufweist.
Wechsellinse mit einem Linsenkörper (10) aus transparentem Material, der mindestens zwei optische Linsen (11a, 11b, 11c) als Freiformflächen aufweist, deren Zentren auf einer in einer Linsenebene verlaufenden Linsenzentrenlinie (12) angeordnet sind, wobei der Linsenkörper (10) eine Längsachse aufweist, und wobei die Linsenzentrenlinie (12) eine zur Längsachse parallele Gerade ist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (14) mindestens eine lichtundurchlässige Teilfläche (18) aufweist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) mindestens eine eingefärbte Teilfläche aufweist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) mindestens eine lichtstreuende Teilfläche aufweist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei der Linsen (4a, 4b, 4c, 4d; 17a, 17b, 17c; 22a, 22b, 22c) in einem Übergangsbereich (5a, 5b, 5c, 5d; 13a, 13b) überschneiden.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) mindestens eine Fresnellinse, diffraktive Struktur, stufenförmige, prismatische und/oder lineare optische Struktur aufweist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) einen Polarisationsfilter aufweist.
Wechsellinse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsfilter in die Oberfläche des Linsenkörpers (1; 10; 14; 19) an einer Lichtaustrittsseite eingebracht ist durch Prägen und/oder Einfügen von Silber- oder Aluminiumatomen.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) aus transparentem Kunststoff, Glas oder Silizium ausgebildet ist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) mindestens eine mit Metall, insbesondere mit Aluminium, Silber, Gold, Germanium oder Titan, bedampfte oder besputterte Teilfläche aufweist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) mindestens eine mit Silizium oder Glas beschichtete Teilfläche aufweist.
Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 10; 14; 19) mindestens eine durch eine oder mehrere Deckschichten aus Lack, Folie, Kunststoff oder Mineral abgedeckte Teilfläche aufweist.
Optisches System, wie Scheinwerfer, Lichtschranke oder dergleichen, mit einer Lichtquelle (8) und mit einer im konstanten Abstand zur Lichtquelle (8) in einem ortsfesten Lager gelagerten Wechsellinse nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (8) bezüglich der Linsenebene stets senkrecht über einem Punkt auf der Linsenzentrenlinie (3; 12; 16; 20) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 14; 19) um die Drehachse drehbar im Lager gelagert ist.
Optisches System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (10) entlang der Längsachse verschiebbar im Lager gelagert ist.
Kamera mit einem Objektiv, in dem eine Wechsellinse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 so angeordnet ist, dass der Strahlengang stets senkrecht zur Linsenebene auf einem Punkt auf der Linsenzentrenlinie (3; 12; 16; 20) steht.
Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (1; 14; 19) um die Drehachse drehbar im Objektiv gelagert ist.
Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (10) entlang der Längsachse verschiebbar im Objektiv gelagert ist.