DE102005035065B4 - Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter, – der an einer Schmalseite eine Lichteinkoppelfläche aufweist, wobei der Lichteinkoppelfläche mindestens eine Lichtquelle zugeordnet ist, – der an einer Vorderseite eine Lichtauskoppelfläche aufweist, – der an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite eine Mehrzahl von reflektierenden und/oder streuenden Elementen aufweist, – der an einer weiteren Schmalseite zumindest bereichsweise mit Totalreflexionselementen versehen ist, wobei die Totalreflexionselemente derart ausgebildet sind, dass eine durch einen Einfallswinkel und einen Ausfallswinkel der Lichtstrahlen aufgespannte Totalreflexionsebene sich in der Erstreckungsebene des Lichtleiters erstreckt, so dass die gesamten in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtstrahlen über die Fläche der Vorderseite des Lichtleiters entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung austreten, wobei dem Lichtleiter eine weitere Lichteinheit zugeordnet ist und der Lichtleiter eine Ausnehmung aufweist für den Durchtritt des von der weiteren Lichteinheit erzeugten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, dass die Totalreflexionselemente (T1, T2) derart angeordnet sind, dass das auf dieselben einfallende Licht (S1, S1', S2, S2') an der Ausnehmung (15) des Lichtleiters (1) vorbeigeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Aus der US 4 949 226 A ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der eine als Projektionsmodul ausgebildete Lichteinheit vorgesehen ist zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung. Das Projektionsmodul besteht aus einer Lichtquelle, einem Reflektor, einer Blende sowie einer vorgelagerten Linse. In der Ebene der Linse erstreckt sich umfangsseitig des Projektionsmoduls ein flächiger Lichtleiter als Lichtvorhang. An einer außenrandseitigen Schmalseite des flächigen Lichtleiters ist eine Lichtquelle angeordnet, die das Licht in die Schmalseite des flächigen Lichtleiters einspeist. Eine flächige Rückseite des Lichtleiters weist eine Mehrzahl von reflektierenden Elementen auf, so dass das eingekoppelte Licht in Richtung einer flächigen Vorderseite des Lichtleiters totalreflektiert wird. Der bekannte flächige Lichtleiter dient zur visuellen Vergrößerung der leuchtenden Fläche des Projektionsmoduls. Eine zusätzliche Lichtfunktion kommt dem flächigen Lichtleiter nicht zu.
  • Aus der EP 1 434 000 A2 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter bekannt, der sich als Lichtvorhang vor einer weiteren Lichteinheit erstreckt. Der flächige Lichtleiter kann als eine Lichteinheit ausgebildet sein, der eine andere Lichtfunktion zukommt als die der nachgelagerten Lichteinheit, die eine Lichtquelle und einen Reflektor umfasst. Der flächige Lichtleiter deckt die nachgelagerte Lichteinheit vollständig mit einer flächigen Vorderseite und einer flächigen Rückseite ab. Eine Schmalseite des flächigen Lichtleiters bildet eine Lichteinkoppelfläche, mittels derer das Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. An der Rückseite des Lichtleiters sind eine Mehrzahl von reflektierenden und/oder streuenden Elementen angeordnet, so dass das eingekoppelte Licht vorzugsweise in Richtung der Vorderseite des Lichtleiters zur Bildung einer leuchtenden Fläche totalreflektiert wird. Neben der Lichteinkoppelfläche kann der flächige Lichtleiter weitere Schmalseiten aufweisen, die einen metallischen und damit reflektierenden Überzug aufweisen. Alternativ können diese Schmalseiten auch prismenförmige Totalreflexionselemente aufweisen, so dass das Licht zurück in die Ebene des Lichtleiters totalreflektiert wird. Bei dieser Totalreflexion spannen ein Einfallswinkel und ein Ausfallswinkel des Lichtstrahls jedoch eine Totalreflexionsebene auf, die senkrecht zur Erstreckungsebene des Lichtleiters steht. Die Lichtstrahlen werden daher im Wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zurückreflektiert, so dass sie nicht zu einer gezielten Verteilung innerhalb des Lichtleiters beitragen können.
  • Aus der DE 698 09 922 T2 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter bekannt. In zwei gegenüberliegenden Eckbereichen des flächigen Lichtleiters sind LED-Lichtquellen angeordnet, mittels derer Licht in Erstreckungsebene des flächigen Lichtleiters eingekoppelt wird. An einer flächigen Rückseite des Lichtleiters sind reflektierende und streuende Elemente angeordnet, so dass das eingekoppelte Licht innerhalb des Lichtleiters weitergeleitet und an einer flächigen Vorderseite des Lichtleiters ausgekoppelt werden kann. Zusätzlich weist der Lichtleiter an einer aufrechten Schmalseite Totalreflexionselemente auf, so dass zum einen Licht zurück in den Lichtleiter und zum anderen Licht zur späteren Auskopplung in Richtung der Vorderseite bzw. der Rückseite andererseits totalreflektiert wird. Hierdurch kann über die Fläche der Vorderseite des Lichtleiters ein homogener Lichtstrom abgegeben werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge derart weiterzubilden, dass bei seitlicher Einkopplung von Licht in einem flächigen Lichtleiter eine homogene und flächige Ausleuchtung der gesamten Fläche des Lichtleiters ermöglicht wird, wobei der Lichtleiter eine asymmetrische Kontur bzw. Geometrie aufweisen kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 1 auf.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Ausbildung von Totalreflexionselementen, bei denen die Lichtstrahlen derart reflektiert werden, dass sie eine Totalreflexionsebene bilden, die sich im Wesentlichen in der Erstreckungsebene des flächigen Lichtleiters erstreckt, die Möglichkeit geschaffen wird, das Licht in bestimmte Bereiche des Lichtleiters zu führen, in denen dann über die Vorderseite eine Lichtauskopplung erfolgen kann. Grundgedanke der Erfindung ist es, Totalreflexionselemente an mindestens einer Schmalseite des flächigen Lichtleiters derart auszubilden, das Licht derart innerhalb des Lichtleiters weitergeführt wird, so dass eine homogene und flächige Ausleuchtung der gesamten Fläche des Lichtleiters erfolgt. Dabei sind die Totalreflexionselemente an einem solchen Ort derart angeordnet, dass Licht in Richtung eines aufgrund der Geometrie bzw. Kontur des Lichtleiters schwächer leuchtenden Bereiches geleitet wird, in dem es dann ausgekoppelt wird. Es wird somit gezielt ein Ausgleich von schwächer leuchtenden Bereichen des Lichtleiters geschaffen, so dass insgesamt eine das Erscheinungsbild fördernde homogene Ausleuchtung des flächigen Lichtleiters gegeben ist. Nach der Erfindung weist der Lichtleiter eine Ausnehmung auf, so dass Licht durch die Ausnehmung von einer weiteren Lichteinheit mit einer anderen Lichtfunktion in Hauptabstrahlrichtung austreten kann. Die Ausnehmung ermöglicht im Verhältnis zu dem Fall, dass der Lichtleiter keine Ausnehmung aufweist, dass die Lichtfunktion der weiteren Lichteinheit nicht beeinträchtigt wird, insbesondere kein Streulicht durch den Lichtleiter zeugt wird. Durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Totalreflexionselemente wird ein Ausgleich für die störende Wirkung der Ausnehmung geschaffen, so dass über die gesamte Fläche des Lichtleiters eine homogene Lichtstärke erzeugt wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schmalseite, an der vorzugsweise eine Mehrzahl von Lichtquellen positioniert ist, geradlinig ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine definierte Einspeisungslinie für das Licht.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich die Totalreflexionselemente beabstandet zueinander oder nebeneinander liegend auf einer zu geradlinigen Schmalseite gegenüberliegenden bogenförmigen Schmalseite. Die Totalreflexionselemente sind in Abhängigkeit von der Kontur bzw. Form des Lichtleiters an den Schmalseiten angeordnet und ermöglichen die Verlagerung des Lichtes insbesondere in Teilbereiche des Lichtleiters, in denen die Lichtstärke unterhalb einer vorgegebenen Randschwelle liegt. Nach der Erfindung ergibt sich somit eine Nivellierung der Lichtstärke über die gesamte Fläche des Lichtleiters.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Lichteinkoppelfläche eben ausgebildet, wobei die Normale der Lichteinkoppelfläche zu der Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle korrespondiert. Hierdurch wird ermöglicht, dass ein großer Anteil des von der Lichtquelle emittierten Lichtes parallel zur Erstreckung des Lichtleiters in denselben eintritt. Hierdurch wird eine bessere Ausleuchtung der Fläche des Lichtleiters bewirkt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind an mehreren Schmalseiten Lichtquellen angeordnet. Die weiteren Lichtquellen dienen zum Ausgleich von Konturen des Lichtleiters, die auch bei Vorhandensein von erfindungsgemäßen Totalreflexionselementen nicht eine Licht ausgleichende Wirkung erzielen würden. Die zusätzlichen Lichtquellen können vorzugsweise zur partiellen Ausleuchtung von Teilbereichen des Lichtleiters dienen.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine die Ausnehmung des Lichtleiters umgebende Schmalseite derart mit Prismenelementen versehen sein, dass das an denselben totalreflektierte Licht quer zur Erstreckungsebene des Lichtleiters austritt. Hierdurch kann eine optische Betonung des Randes der Ausnehmung erzeugt werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquellen als Leuchtdioden ausgebildet, die relativ nah an der Lichteinkoppelfläche angeordnet sein können, ohne dass wärmetechnische Risiken bestehen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein schematischer Querschnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter als erste Lichteinheit und einer zweiten Lichteinheit, die im Bereich einer Ausnehmung des Lichtleiters angeordnet ist,
  • 2 eine schematische Vorderansicht des Lichtleiters mit der Darstellung eines exemplarischen Strahlenverlaufs des von einer Schmalseite des Lichtleiters her eingekoppelten Lichtes,
  • 3 ein vergrößerter Längsschnitt durch den Lichtleiter im Bereich eines an einer bogenförmigen Schmalseite angeordneten Totalreflexionselementes nach einer ersten Ausführungsform,
  • 4 ein vergrößerter Längsschnitt durch den Lichtleiter im Bereich eines an einer bogenförmigen Schmalseite angeordneten Totalreflexionselementes nach einer zweiten Ausführungsform und
  • 5 eine schematische Vorderansicht eines Lichtleiters nach einer zweiten Ausführungsform.
  • Eine Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge besteht im Wesentlichen aus einem flächigen Lichtleiter 1 als eine Lichteinheit zur Erzeugung einer ersten Lichtfunktion und aus einer räumlich begrenzten zweiten Lichteinheit 2 zur Erzeugung einer zweiten Lichtfunktion. Die zweite Lichteinheit 2 besteht im Wesentlichen aus einer Lichtquelle 3 und einem Reflektor 4. Die zweite Lichteinheit 2 kann zur Erzeugung einer Abblend- und Fernlichtfunktion im vorderen Bereich des Fahrzeugs dienen. Alternativ kann die zweite Lichteinheit 2 auch zur Signalfunktion als eine Heckleuchte ausgebildet sein, die zur Erzeugung eines Brems-, Richtungsanzeiger-, Rückfahr- oder Nebelschlusslichtes dient.
  • Der Lichtleiter 1 kann beispielsweise zur Erzeugung einer Positionslichtfunktion, Schlusslichtfunktion oder einer Seitenmarkierungslichtfunktion dienen. An einer geradlinig verlaufenden ersten Schmalseite 5 des Lichtleiters 1 erstreckt sich in einem Abstand zueinander eine Mehrzahl von Lichtquellen 6, die als Leuchtdioden ausgebildet sind. Die Leuchtdioden 6 liegen relativ nah an der ersten Schmalseite 5 an, die im Bereich der Leuchtdioden 6 eine ebene Lichteinkoppelfläche 7 bildet, deren Normale N zu der Hauptabstrahlrichtung 8 der Leuchtdioden 6 korrespondiert. Hierdurch wird das von den Leuchtdioden 6 emittierte Licht im Wesentlichen parallel zur Erstreckung des Lichtleiters 1 in denselben eingekoppelt.
  • Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist der Lichtleiter 1 parallelolgrammförmig ausgebildet mit einer sich von der ersten Schmalseite 5 erstreckenden langen zweiten Schmalseite 9 und einer kurzen dritten Schmalseite 10, die über eine vierte Schmalseite 11 zusammenlaufen. Die zweite, dritte und vierte Schmalseite 9, 10, 11 sind jeweils annähernd bogenförmig ausgebildet. Eine in Lichtabstrahlrichtung 12 der Beleuchtungsvorrichtung vorne liegende Vorderseite 13 des Lichtleiters 1 ist im Wesentlichen glatt ausgebildet. Eine der Vorderseite 13 gegenüberliegende Rückseite 14 des Lichtleiters 1 weist eine Mehrzahl von nicht dargestellten reflektierenden und/oder streuenden Elementen auf, so dass das in den Lichtleiter 1 eingespeiste Licht von den reflektierenden bzw. streuenden Elementen im Wesentlichen in Lichtabstrahlrichtung 12 totalreflektiert wird, so dass sie durch die Vorderseite 13 nach vorne hin austreten.
  • Der Lichtleiter 1 weist in einem Teilbereich eine kreisförmige Ausnehmung 15 auf, wobei eine Schmalseite 16 der Ausnehmung 15 eine Abdeckkuppel 17 der als Nebelschlussleuchte ausgebildeten zweiten Lichteinheit 2 begrenzt.
  • Ohne erfindungsgemäße zusätzliche Maßnahmen ergibt sich aufgrund der Ausnehmung 15 des Lichtleiters 1 ein punktierter Teilbereich B des Lichtleiters 1 oberhalb der Ausnehmung 15, der eine vergleichsweise verringerte Leuchtdichte bzw. Lichtstärke aufweist. Von einer ersten Lichtquelle 6' und einer zweiten Lichtquelle 6'' ausgesandte Lichtstrahlen S1, S2 bzw. S1', S2' würden an den glatten Flächen der ersten Schmalseite 5 in einem Winkelbereich A, A' totalreflektiert werden, der die Lichtstrahlen in Richtung der Ausnehmung 15 führt. Dies würde beispielsweise bedeuten, dass der punktierte Bereich B unterhalb einer vorgegebenen Leuchtstärkeschwelle verbleibt und eine relativ inhomogene Ausleuchtung des Lichtleiters 1 gegeben wäre.
  • Zur Vermeidung dieser Ungleichmäßigkeit sind erfindungsgemäß an der ersten Schmalseite 9 eine Mehrzahl von Totalreflexionselementen T1, T2 angeordnet, die die Lichtstrahlen S1, S2 der ersten Lichtquelle 6' und die Lichtstrahlen S1', S2' der zweiten Lichtquelle 6'' derart ablenken, dass sie in einem Winkelbereich Z, Z' im Wesentlichen an der eine „Störstelle” repräsentierenden Ausnehmung 15 vorbeigeführt werden. Diese Lichtstrahlen können somit zur homogenen Ausleuchtung des Lichtleiters 1 weiter genutzt werden. Nach einer ersten Ausführungsform der Totalreflexionselemente T1, T2 gemäß 3 sind dieselben als prismenförmige Einkerbung 18 ausgebildet, wobei eine lange Kerbfläche 19 zur Reflexion der Lichtstrahlen S1, S1', S2, S2' dient.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 können die Totalreflexionselemente T1, T2 auch als zylinderförmige Einkerbung 20 ausgebildet sein mit einer teilzylinderförmigen Reflexionsfläche 21.
  • Die Totalreflexionselemente T1, T2 sind derart orientiert, dass der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel der Lichtstrahlen S1, S1', S2, S2' eine Totalreflexionsebene aufspannen, die sich im Wesentlichen in der Erstreckungsebene des Lichtleiters 1 erstreckt. Hierdurch wird gezielt der Ausfallswinkel der Lichtstrahlen S1, S1', S2, S2' verändert und somit die Lichtstrahlen S1, S1', S2, S2' in einem solchen Bereich B geführt, in dem sie in Lichtabstrahlrichtung 12 ausgekoppelt werden und damit mit einem weiteren Teillichtbündel zur Homogenisierung der Lichtstärke des Lichtleiters 1 beitragen.
  • Die Totalreflexionselemente T1, T2 können beabstandet zueinander oder nebeneinander liegend angeordnet sein. Die Anzahl und Orientierung der Totalreflexionselemente T1, T2 ist abhängig von der Geometrie bzw. Form des Lichtleiters 1.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 5 kann zusätzlich zu den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen an der zweiten Schmalseite 9 und an der vierten Schmalseite 11 eine weitere Lichtquelle 23, 23' vorgesehen sein, die zur partiellen Ausleuchtung des Bereiches B oberhalb der Ausnehmung 15 dienen. An der zweiten Schmalseite 9 sind, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, die Totalreflexionselemente T1, T2 angeordnet, um eine bevorzugte Reflexion der Lichtstrahlen zu erzeugen. Durch die zusätzlichen Lichtquellen 23, 23' kann der obere Bereich B des Lichtleiters 1 zusätzlich mit Licht beaufschlagt werden.
  • Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Schmalseite 16 der Ausnehmung 15 auch mit Prismenelementen versehen sein, an denen die Lichtstrahlen in Lichtabstrahlrichtung 12 reflektiert werden. Auf diese Weise kann eine optische Betonung des Randes der Ausnehmung 15 ermöglicht werden.
  • Vorzugsweise sind die Vorderseite 13 und die Rückseite 14 des Lichtleiters 1 eben ausgebildet. Alternativ können die Vorderseite 13 und die Rückseite 14 auch bogenförmig oder zueinander leicht geneigt ausgebildet sein

Claims (9)

  1. Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem flächigen Lichtleiter, – der an einer Schmalseite eine Lichteinkoppelfläche aufweist, wobei der Lichteinkoppelfläche mindestens eine Lichtquelle zugeordnet ist, – der an einer Vorderseite eine Lichtauskoppelfläche aufweist, – der an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite eine Mehrzahl von reflektierenden und/oder streuenden Elementen aufweist, – der an einer weiteren Schmalseite zumindest bereichsweise mit Totalreflexionselementen versehen ist, wobei die Totalreflexionselemente derart ausgebildet sind, dass eine durch einen Einfallswinkel und einen Ausfallswinkel der Lichtstrahlen aufgespannte Totalreflexionsebene sich in der Erstreckungsebene des Lichtleiters erstreckt, so dass die gesamten in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtstrahlen über die Fläche der Vorderseite des Lichtleiters entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung austreten, wobei dem Lichtleiter eine weitere Lichteinheit zugeordnet ist und der Lichtleiter eine Ausnehmung aufweist für den Durchtritt des von der weiteren Lichteinheit erzeugten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, dass die Totalreflexionselemente (T1, T2) derart angeordnet sind, dass das auf dieselben einfallende Licht (S1, S1', S2, S2') an der Ausnehmung (15) des Lichtleiters (1) vorbeigeführt wird.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Totalreflexionselemente (T1, T2) jeweils als eine prismenförmige und/oder zylinderförmige Einkerbung (18, 20) ausgebildet sind.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Totalreflexionselemente (T1, T2) der weiteren Schmalseite (9) unmittelbar aneinander liegend oder beabstandet zueinander angeordnet sind.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Lichteinkoppelfläche (7) aufweisende Schmalseite (5) geradlinig ausgebildet ist.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Schmalseiten (9, 10, 11, 16) des Lichtleiters (1) bogenförmig ausgebildet sind und dass die die Ausnehmung (15) des Lichtleiters (1) umgebende Schmalseite (16) kreisförmig verläuft.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelfläche (7) eben ausgebildet ist und dass die Normale (N) der Lichteinkoppelfläche (7) zu der Hauptabstrahlrichtung (8) der Lichtquelle (6) korrespondiert.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der weiteren Schmalseite (9, 10) mindestens eine zusätzliche Lichtquelle (23, 23') angeordnet ist zur Einspeisung von Licht in den Lichtleiter (1).
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausnehmung (15) des Lichtleiters (1) umgebende Schmalseite (16) derart mit Prismenelementen versehen ist, dass das an denselben totalreflektierte Licht quer zur Erstreckungsebene des Lichtleiters (1) austritt.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6, 6', 6'', 23, 23') als Leuchtdiode ausgebildet ist.
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