DE102008015131B4

DE102008015131B4 - Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung und Lichtleiterstruktur für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008015131B4
Application number: DE102008015131A
Authority: DE
Inventors: Hubert Zwick
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: DE102008015131A1; US7980741B2; US20090237951A1

Abstract

Lichtleiterstruktur (13) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (11), mit einem Einkoppelabschnitt (17) zum Einkoppeln von Licht in die Lichtleiterstruktur (13), einer gekrümmten Reflexionsfläche (25) zum Reflektieren von Lichtstrahlen (59) des über den Einkoppelabschnitt in die Lichtleiterstruktur eingekoppelten Lichts und mindestens einem Auskoppelabschnitt (30, 45, 51) zum Auskoppeln des Lichts aus der Lichtleiterstruktur (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelabschnitt (17) eine Zuleitungslichtleiterstruktur (43) zum Bündeln und Zuleiten des Lichts aufweist, deren Dicke (dk) in Lichtleitrichtung (39) zumindest abschnittsweise zunimmt, und dass die Reflexionsfläche (25) der Lichtleiterstruktur (13) derart gekrümmt ist, dass an der Reflexionsfläche (25) reflektiertes Licht unmittelbar ohne weitere Reflexionen entweder erneut auf die Reflexionsfläche (25) auftrifft oder in den mindestens einen Auskoppelabschnitt (30, 45, 51) gelangt, wobei eine Dicke (dl) der Lichtleiterstruktur (13) zwischen der Reflexionsfläche (25) und einer dieser gegenüber liegenden zweiten Oberfläche (31) in Lichtleitrichtung (39) ausgehend von dem Einkoppelabschnitt (17) bis zu einem dem Einkoppelabschnitt (17) gegenüber liegenden...

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtleiterstruktur für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, mit einem Einkoppeleinschnitt zum Einkoppeln von Licht in die Lichtleiterstruktur, einer gekrümmten Reflexionsfläche zum Reflektieren von Lichtstrahlen des über den Einkoppelabschnitt in die Lichtleiterstruktur eingekoppelten Lichts und mindestens einem Auskoppelabschnitt zum Auskoppeln des Lichts aus der Lichtleiterstruktur. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, die eine solche Lichtleiterstruktur aufweist.
Aus der DE 102 00 359 A1 ist eine Leuchtenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lichtleiter bekannt. Dieser Lichtleiter ist flächig in Form einer Scheibe ausgebildet. Der Lichtleiteffekt dieses Lichtleiters beruht darauf, dass das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Scheibe des Lichtleiters hin und her reflektiert wird.
Ferner ist aus der DE 103 56 483 A1 eine Leuchte mit einer Lichtleiterstruktur bekannt, die mehrere parallel zueinander verlaufende, gebogene Lichtleiter umfasst. Die einzelnen Lichtleiter sind stabförmig ausgebildet und weisen über ihre gesamte Länge eine konstante Dicke auf. Das in die Lichtleiterstruktur eingekoppelte Licht wird mittels Totalreflexion sowohl an der konvex gekrümmten Außenseite der Lichtleiter als auch an der konkav gekrümmten Innenseite der Lichtleiter reflektiert.
Aus der DE 10 2005 019 093 A1 ist des Weiteren eine Fahrzeugleuchte mit einer Lichtleiterstruktur bekannt, die mehrere schräg zueinander verlaufende, unterschiedlich stark gebogene Lichtleiter umfasst, die bereichsweise ineinander übergehen. Die Dicke der Lichtleiterstruktur variiert über die Längserstreckung der Lichtleiterstruktur und ist dort, wo die Lichtleiter ineinander übergehen, am größten. Das in die Lichtleiterstruktur eingekoppelte Licht wird mittels Totalreflexion sowohl an der konvex gekrümmten Außenseite der Lichtleiter als auch an der konkav gekrümmten Innenseite der Lichtleiter reflektiert.
Schließlich ist aus der WO 2004/104 476 A1 eine Lichtleiterstruktur zur Beleuchtung eines Regals bekannt. Die Lichtleiterstruktur umfasst einen gebogenen, plattenförmigen Lichtleiter. Die Dicke der Lichtleiterstruktur ist über ihre gesamte Länge konstant. Das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht wird lediglich durch einen am Ende des Lichtleiters angeordneten Auskoppelabschnitt ausgekoppelt. Entlang der Längserstreckung des Lichtleiters sind keine weiteren Auskoppelabschnitte angeordnet.
Bei allen genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Lichtleiterstrukturen wird Licht unmittelbar, allenfalls über ein Linsenelement, in die Lichtleiter eingekoppelt. Die Verwendung einer Zuleitungslichtleiterstruktur zum Bündeln und Zuleiten des Lichts zu den Lichtleitern ist in keiner der genannten Druckschriften vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Lichtleiterstruktur zu schaffen, bei der weniger Einschränkungen bei der Festlegung ihrer geometrischen Form bestehen und/oder deren Erscheinungsbild freier gestaltet werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Lichtleiterstruktur der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Einkoppelabschnitt eine Zuleitungslichtleiterstruktur zum Bündeln und Zuleiten des Lichts aufweist, deren Dicke in Lichtleitrichtung zumindest abschnittsweise zunimmt, und dass die Reflexionsfläche der Lichtleiterstruktur derart gekrümmt ist, dass an der Reflexionsfläche reflektiertes Licht unmittelbar ohne weitere Reflexionen entweder erneut auf die Reflexionsfläche auftrifft oder in den mindestens einen Auskoppelabschnitt gelangt, wobei eine Dicke der Lichtleiterstruktur zwischen der Reflexionsfläche und einer dieser gegenüber liegenden zweiten Oberfläche in Lichtleitrichtung ausgehend von dem Einkoppelabschnitt bis zu einem dem Einkoppelabschnitt gegenüber liegenden Auskoppelabschnitt zunimmt, und die Lichtleiterstruktur (13) einen zweiten Auskoppelabschnitt aufweist, der mindestens ein erstes Auskoppelelement zum Auskoppeln von Licht aus der Lichtleiterstruktur umfasst, wobei das erste Auskoppelelement an der Reflexionsfläche der Lichtleiterstruktur angeordnet ist, und/oder die Lichtleiterstruktur einen dritten Auskoppelabschnitt aufweist, der mindestens ein zweites Auskoppelelement zum Auskoppeln von Licht aus der Lichtleiterstruktur umfasst, wobei das zweite Auskoppelelement an der zweiten Oberfläche der Lichtleiterstruktur angeordnet ist.
Im Gegensatz zu bekannten Lichtleitern mit zwei gegenüberliegenden Reflexionsflächen weist die erfindungsgemäße Lichtleiterstruktur nur eine Reflexionsfläche auf, an welcher das Licht, bevor es ausgekoppelt wird, in der Regel mehrmals hintereinander reflektiert wird. Die Krümmung der Reflexionsfläche ist also so gewählt, dass das Licht, soweit es nicht in den Auskoppelabschnitt gelangt, ausschließlich an der Reflexionsfläche der Lichtleiterstruktur reflektiert wird. Hierbei weist zumindest ein Teil der Lichtstrahlen des eingekoppelten Lichts einen Einfallswinkel an der Reflexionsfläche auf, der größer ist als ein Mindesteinfallswinkel, für den sich ein Ausfallswinkel ergibt, bei dem das an der Reflexionsfläche reflektierte Licht erneut auf die Reflexionsfläche auftritt oder in den mindestens einen Auskoppelabschnitt gelangt. Der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel sind hierbei gegenüber einer Orthogonalen der Reflexionsfläche gemessen.
Es bestehen weitgehende Entwurfsfreiräume, was die genaue Ausgestaltung der Form der gekrümmten Reflexionsfläche angeht. Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass die Reflexionsfläche im Querschnitt die Form eines Abschnitts einer Ellipse aufweist.
Vorzugsweise ist die Lichtleiterstruktur ein transparenter Körper, wobei die Reflexionsfläche zumindest einem Bereich einer konvex gekrümmten ersten Oberfläche des transparenten Körpers entspricht.
Hierbei ist bevorzugt, dass die Lichtleiterstruktur plattenförmig ist, wobei die Lichtleiterstruktur eine zweite, vorzugsweise konkav gekrümmte, Oberfläche aufweist, die neben der Reflexionsfläche verläuft. Es ergibt sich somit eine gebogene Lichtleiterstruktur, wobei die beiden Oberflächen Seitenflächen der plattenförmigen Lichtleiterstruktur bilden. Die zweite Oberfläche der Lichtleiterstruktur trägt im Gegensatz zur Reflexionsfläche nicht zum Weiterleiten des Lichts innerhalb der Lichtleiterstruktur bei. Bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Lichtleiterstruktur kann die zweite Oberfläche deshalb weitgehend frei gestaltet werden.
Ein Abstand zwischen den beiden Oberflächen nimmt in einer Lichtleitrichtung der Lichtleiterstruktur zumindest abschnittsweise zu. Das heißt, dass eine Dicke der Lichtleiterstruktur in der Lichtleitrichtung zunimmt. Hierbei können die beiden Oberflächen auch in mindestens einem Abschnitt parallel verlaufen und in mindestens einem anderen Abschnitt der Abstand zwischen den beiden Oberflächen in der Lichtleitrichtung zunehmen.
Je nach Ausgestaltung der Erfindung kann die Lichtleiterstruktur einen oder mehrere Auskoppelabschnitte aufweisen. Diese sind entlang der Längserstreckung der Lichtleiterstruktur auf der Reflexionsfläche und/oder auf einer der Reflexionsfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Lichtleiterstruktur angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Querkante der insgesamt plattenförmigen Lichtleiterstruktur eine Einkoppelfläche der Lichtleiterstruktur bildet und/oder dass eine zweite Querkante der Lichtleiterstruktur, die der ersten Querkante gegenüberliegt, eine Auskoppelfläche des ersten Auskoppelabschnitts bildet. Im Falle einer Lichtleiterstruktur, deren Dicke in Lichtleitrichtung zunimmt, ergibt sich somit ein Flächeninhalt der Auskoppelfläche, der größer ist als ein Flächeneinhalt der Einkoppelfläche.
Der Einkoppelabschnitt weist eine Zuleitungslichtleiterstruktur zum Bündeln und Zuleiten des Lichts auf. Hierdurch wird erreicht, dass das Licht, das erstmals auf die Reflexionsfläche trifft, einen relativ großen Einfallswinkel an der Reflexionsfläche aufweist. Dies wiederum erhöht den Gestaltungsfreiraum bei der Realisierung der Lichtleiterstruktur, insbesondere der Form der Reflexionsfläche. Beispielsweise kann ein größerer Krümmungsradius an zumindest einem Abschnitt der Reflexionsfläche gewählt werden oder es kann eine vergleichsweise dünne Lichtleiterstruktur vorgesehen werden.
Weiter ist bevorzugt, dass an der zweiten Oberfläche der Lichtleiterstruktur zumindest abschnittsweise untransparentes Material angebracht ist und/oder dass die zweite Oberfläche zumindest abschnittsweise mit einem solchen beschichtet ist. Beispielsweise kann die zweite Oberfläche mit einem lichtundurchlässigen Lack, vorzugsweise mit schwarzem Lack, beschichtet sein. Diese Beschichtung bewirkt insbesondere, dass eine Farbe der Lichtleiterstruktur beim Betrachter, der die Reflexionsfläche der Lichtleiterstruktur betrachtet, durch das untransparente Material bestimmt wird. Beispielsweise ergibt sich bei einer schwarzen Lackierung der zweiten Oberfläche eine für den Betrachter schwarz aussehende Lichtleiterstruktur.
Es kann auch vorgesehen werden, dass die zweite Oberfläche der Lichtleiterstruktur mindestens ein Befestigungselement aufweist. Das Befestigungselement kann hierbei einstückig mit dem Rest der Lichtleiterstruktur sein. Da die zweite Oberfläche nicht zum Weiterleiten des Lichts innerhalb der Lichtleiterstruktur beiträgt, wird durch das an der zweiten Oberfläche vorhandene Befestigungselement das Lichtleitverhalten der Lichtleiterstruktur nicht beeinflusst oder beeinträchtigt. Mittels des Befestigungselements kann die Lichtleiterstruktur einfach und zuverlässig an anderen Bauteilen der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, wie beispielsweise an anderen Bauteilen eines Kraftfahrzeugscheinwerfer oder einer Kraftfahrzeugleuchte, befestigt werden.
Die Lichtleiterstruktur weist einen zweiten Auskoppelabschnitt auf, der mindestens ein erstes Auskoppelelement zum Auskoppeln von Licht aus der Lichtleiterstruktur umfasst, wobei das erste Auskoppelelement an der Reflexionsfläche der Lichtleiterstruktur angeordnet ist. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass Licht durch die Reflexionsfläche hindurch aus der Lichtleiterstruktur ausgekoppelt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist vorgesehen, dass die Lichtleiterstruktur einen dritten Auskoppelabschnitt aufweist, der mindestens ein zweites Auskoppelelement zum Auskoppeln von Licht aus der Lichtleiterstruktur umfasst, wobei das zweite Auskoppelelement an der zweiten Oberfläche der Lichtleiterstruktur angeordnet ist. Vorzugsweise ist das zweite Auskoppelelement derart ausgebildet, dass das durch das zweite Auskoppelelement aus der Lichtleiterstruktur ausgekoppelte Licht seitlich durch die Reflexionsfläche der Lichtleiterstruktur hindurch abgegeben wird.
Es ist bevorzugt, dass die Lichtleiterstruktur aus einem thermoplastischen und transparenten Kunststoff, vorzugsweise Polymethylmetacrylat, gebildet ist. Die Lichtleiterstruktur kann aus mehreren Teilen aus transparentem Kunststoff gebildet sein, jedoch ist bevorzugt, dass die Lichtleiterstruktur einstückig ist. Die Lichtleiterstruktur kann durch Spritzgießen hergestellt werden.
Als weitere Lösung der oben angegebenen Aufgabe wird eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lichtleiterstruktur vorgeschlagen. Bei der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung kann es sich um einen Kraftfahrzeugscheinwerfer oder um eine Kraftfahrzeugleuchte, insbesondere um eine Rückleuchte handeln.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiterstruktur gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
2 eine Seitenansicht einer Kraftfahrzeugsbeleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiterstruktur gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
3 eine Einkoppelfläche der Lichtleiterstruktur aus 2;
4 eine Einkoppelfläche einer Lichtleiterstruktur einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
5 eine Einkoppelfläche einer Lichtleiterstruktur einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und;
6 eine Einkoppelfläche einer Lichtleiterstruktur einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform;
1 zeigt eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 11 mit einer Lichtleiterstruktur 13 und einer Lichtquelle 15. Die Lichtleiterstruktur 13 weist einen Einkoppelabschnitt 17 mit einer Einkoppelfläche 19 auf. Eine untere Längsseite der insgesamt rechteckigen Einkoppelfläche 19 bildet eine erste Querkante 21 einer konvex gekrümmten ersten Oberfläche 23 der Lichtleiterstruktur 13. Zumindest ein Teil der ersten Oberfläche 23 entspricht einer Reflexionsfläche 25 der Lichtleiterstruktur 13. Die Reflexionsfläche 25 kann im Querschnitt die Form eines Ausschnitts einer Ellipse aufweisen. Ein Radius einer Krümmung der Reflexionsfläche 25 kann in einer Lichtleitrichtung (Pfeil 39) abnehmen.
Eine zweite Querkante 27 der ersten Oberfläche 23 bildet eine obere Längsseite einer insgesamt rechteckförmigen Auskoppelfläche 29 eines ersten Auskoppelabschnitts 30 der Lichtleiterstruktur 13. Neben der ersten Oberfläche 23 der Lichtleiterstruktur 13 verläuft eine zweite Oberfläche 31 der Lichtleiterstruktur 13, wobei eine erste Querkante 33 der zweiten Oberfläche 31 einer oberen Längsseite der Einkoppelfläche 19 entspricht und eine zweite Querkante 35 der zweiten Oberfläche 31 eine untere Längsseite der Auskoppelfläche 29 bildet. Die Lichtleiterstruktur 13 ist an der zweiten Oberfläche 31 konkav.
Außer durch die beiden Oberflächen 23, 31 ist die Lichtleiterstruktur 13 durch zwei Seitenflächen 37 begrenzt, die orthogonal zu den beiden Oberflächen 23, 31 verlaufen. Eine Breite der Seitenflächen 37 nimmt in einer Lichtleitrichtung 39 zu, so dass ein Abstand d₁ zwischen den beiden Oberflächen 23, 31 in einer Lichtleitrichtung 39 zunimmt. Die beiden Seitenflächen 37 weisen dieselbe Form auf und sind parallel versetzt nebeneinander angeordnet, so dass die Lichtleiterstruktur 13 insgesamt die Form einer gebogenen Platte aufweist, deren Dicke d_l in der Lichtleitrichtung 39 zunimmt. Die Einkoppelfläche 19 und die Auskoppelfläche 29 entsprechen den beiden gegenüberliegenden Querkanten dieser Platte. Dementsprechend weist die Auskoppelfläche 29 des ersten Auskoppelabschnitts 30 einen größeren Flächeninhalt auf als die Einkoppelfläche 19 des Einkoppelabschnitts 17.
Auf die zweite Oberfläche 31 ist eine Schicht mit schwarzem Lack 41 aufgebracht. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist die zweite Oberfläche 31 nicht lackiert, sondern mit einer Folie aus schwarzem, das heißt untransparentem Material beklebt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtleiterstruktur 13 an ihrer zweiten Oberfläche 31 mit untransparentem Material hinterspritzt. Anstelle schwarzen Materialen können auch untransparente Materialien, die eine andere Farbe aufweisen, verwendet werden. An der zweiten Oberfläche 31 können auch optische Strukturen zum Beeinflussen des optischen Erscheinungsbilds der Lichtleiterstruktur 13 angeordnet sein. Diese optischen Strukturen beeinflussen das durch die Lichtleiterstruktur 13 geleitete Licht nicht oder nicht wesentlich.
Die Lichtquelle 15 der Beleuchtungseinrichtung 11 ist an der Einkoppelfläche 19 der Lichtleiterstruktur 13 angeordnet. Die Lichtquelle 15 weist Leuchtdioden 42 auf. Jedoch kann die Erfindung auch in Verbindung mit Lichtquellen 15 angewendet werden, die an Stelle der Leuchtdioden 42 andere Mittel zur Lichterzeugung wie beispielsweise eine Glühlampe aufweisen. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 15 getrennt von der Lichtleiterstruktur 13 ausgebildet. Die Lichtquelle 15 kann jedoch auch integraler Bestandteil der Lichtleiterstruktur 13 sein.
Die in 2 gezeigte Beleuchtungseinrichtung 11 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 11 insbesondere dadurch, dass der Einkoppelabschnitt 17 zusätzlich eine Zuleitungslichtleiterstruktur 43 aufweist, welche in der Lichtleitrichtung 39 vor einer Zwischenfläche 44 der Lichtleiterstruktur 13 angeordnet ist. Die Zuleitungslichtleiterstruktur 43 ist wie der Rest der Lichtleiterstruktur 13 flächig und plattenförmig ausgebildet und bildet mit dem Rest der Lichtleiterstruktur 13 ein einziges transparentes aus Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas), PC oder einem anderen transparenten, vorzugsweise aus glasklarem Material hergestelltes Teil. In der in 2 gezeigten Ausführungsform verlaufen die erste Oberfläche 23, die von der ersten Oberfläche 23 gebildete Reflexionsfläche 25 sowie die zweite Oberfläche 31 zwischen der Zwischenfläche 44 und der Auskoppelfläche 29.
Längsseiten (ohne Bezugszeichen) der Zuleitungslichtleiterstruktur 43 sind nebeneinander angeordnet und weisen zumindest außerhalb der Zwischenfläche 44 einen Abstand d_k auf, der geringer ist als der Abstand d₁ der beiden Oberflächen 23, 31 an der Zwischenfläche 44. Der Abstand d_k der beiden Längsseiten kann in Lichtleitrichtung 39 beispielsweise linear zunehmen, sodass der Abstand d_k der beiden Längsseiten an der Zwischenfläche 44 dem Abstand d₁ der Oberflächen 23, 31 an der Zwischenfläche 44 entspricht.
Ferner weist die Lichtleiterstruktur 13 an ihrer Reflexionsfläche 25 einen zweiten Auskoppelabschnitt 45 auf, der erste Auskoppelelemente in Form von Vertiefungen 47 und/oder Erhebungen 49 umfasst. Des Weiteren weist die Lichtleiterstruktur 13 einen dritten Auskoppelabschnitt 51 auf, der zweite Auskoppelelemente in Form von Ausnehmungen 53 an der zweiten Oberfläche 31 umfasst. Je nach genauer Ausgestaltung der Lichtleiterstruktur 13 kann der zweite Auskoppelabschnitt 45, der dritte Auskoppelabschnitt 51 oder beide Auskoppelabschnitte 45, 51 vorgesehen werden. Je nach Bedarf können die ersten Auskoppelelemente nur als Vertiefungen 47 oder nur als Erhebungen 49 ausgebildet sein, oder es können wie in 2 gezeigt, Vertiefungen 47 und Erhebungen 49 kombiniert werden. Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 jeweils nur eine Vertiefung 47, eine Erhebung 49 und eine Ausnehmung 53 dargestellt.
Des Weiteren weist die zweite Oberfläche 31 der Lichtleiterstruktur 13 Befestigungselemente auf, die als Sacklöcher 55 in der Lichtleiterstruktur 13 ausgebildet sind, welche an der zweiten Oberfläche 31 beginnen. Außerdem sind auch Befestigungselemente vorgesehen, die als von der zweiten Oberfläche 31 abragende Zapfen 57 realisiert sind. Mittels der Befestigungselemente 55, 57 ist die Lichtleiterstruktur 13 an anderen Bauteilen der Beleuchtungseinrichtung 11 befestigt (in den Figuren nicht gezeigt).
Beim Betrieb der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 11 wird von der Lichtquelle 15 erzeugtes Licht (in 2 als Lichtstrahl 59 dargestellt) über die Einkoppelfläche 19 in die Zuleitungslichtleiterstruktur 43 eingekoppelt. Falls wie in der gezeigten Ausführungsform die Dicke d_k der Zuleitungslichtleiterstruktur 43 in Lichtleitrichtung 39 zunimmt, bündelt die Zuleitungslichtleiterstruktur 43 das Licht 59 und leitet es mit einem relativ geringen Einfallswinkel zu der Zwischenfläche 44. Die Zuleitungslichtleiterstruktur 43 arbeitet wie ein konventioneller Lichtleiter, das heißt das Licht 59 wird an beiden Seitenflächen der Zuleitungslichtleiterstruktur 43 reflektiert.
Im Bereich der Lichtleiterstruktur 13 zwischen den beiden Oberflächen 23 und 31 (bei der zweiten Ausführungsform somit im Bereich, der in der Lichtleitrichtung 39 nach der Zwischenfläche 44 angeordnet ist) wird das Licht 59, soweit es nicht aus der Lichtleiterstruktur 13 ausgekoppelt wird, ausschließlich an der Reflexionsfläche 25 reflektiert. Sobald es einmal an der Reflexionsfläche 25 reflektiert worden ist, wird das Licht 59 entweder ohne weitere Reflexion nochmals an der Reflexionsoberfläche 25 reflektiert oder zu einem der Auskoppelabschnitte 30, 45, 51 geleitet. Insbesondere wird das Licht 59 nicht an der zweiten Oberfläche 31 zum Zweck der Lichtweiterleitung innerhalb der Lichtleiterstruktur 13 reflektiert. Der Lichtstrahl 59 schmiegt sich gleichsam an der Reflexionsfläche 25 an und wird entlang der Lichtleitrichtung 39 durch zumindest einen Abschnitt der Lichtleiterstruktur 13 geleitet und über die Auskoppelfläche 29 des ersten Auskoppelabschnitts 30, über die ersten Auskoppelelemente 47, 49 des zweiten Auskoppelabschnitts 45 oder über die zweiten Auskoppelelemente 53 des dritten Auskoppelabschnitts 51 aus der Lichtleiterstruktur 13 ausgekoppelt.
Ist in der Lichtleiterstruktur 13 der zweite Auskoppelabschnitt 45 vorhanden, so wird an jeder Vertiefung 47 beziehungsweise Erhebung 49 Licht 59 aus der Lichtleiterstruktur 13 ausgekoppelt, indem es an der Vertiefung 47 beziehungsweise der Erhebung 49 gebrochen wird und seitlich von der Reflexionsfläche 25 weg (in der Darstellung von 2 nach rechts beziehungsweise nach oben) abgegeben. Ist der dritte Auskoppelabschnitt 51 vorhanden, so wird das Licht 59 an jeder Ausnehmung 53 zur Reflexionsfläche 25 hin reflektiert. Jedoch tritt das an den Ausnehmungen 53 reflektierte Licht 59 mit einem Winkel auf die Reflexionsfläche 25 auf, der geringer ist als deren Grenzwinkel der Totalreflexion, so dass das an der Ausnehmung 53 reflektierte Licht 59 durch die Reflexionsfläche 25 durchtritt und aus der Lichtleiterstruktur 13 ausgekoppelt wird. Die Ausnehmungen 53 ragen hinreichend tief in die Lichtleiterstruktur 13 hinein, sodass sie vom Licht 59, das entlang der Reflexionsfläche 25 geführt wird, bestrahlt werden. Da die zweite Oberfläche 31 mit dem schwarzen Lack 41 beschichtet ist, nimmt der Betrachter, der die Reflexionsfläche 25 ansieht, eine insgesamt schwarze Fläche wahr, die an den Stellen, wo sich ein Auskoppelelement 47, 49, 53 befindet, jeweils einen leuchtenden Punkt aufweist.
Die Krümmung der Reflexionsfläche 25 ist so gewählt, dass das Licht, das heißt der Lichtstrahl 59, mit einem Winkel α auf die Reflexionsfläche 25 auftritt, der größer ist als ein Grenzwinkel der Totalreflexion zwischen dem Material der Lichtleiterstruktur 13 (vorzugsweise PMMA) und der Umgebung (üblicherweise Luft). Hierbei wird der Einfallswinkel α des Lichtstrahls 59 gegenüber einer Orthogonalen 61 zur Reflexionsfläche 25 an einen Auftreffpunkt P des Lichtstrahls 59 an der Reflexionsfläche 25 gemessen.
Die Form der Einkoppelfläche 19 kann an eine Strahlungscharakteristik der Lichtquelle 15 angepasst werden. Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist die Einkoppelfläche 19 wie in 3 gezeigt zumindest im Wesentlichen orthogonal zur ersten Oberfläche 23 bzw. der zweiten Oberfläche 31 der Lichtleiterstruktur 13 angeordnet.
Abweichend hiervon ist in einer in 4 gezeigten dritten Ausführungsform die Einkoppelfläche 19 gegenüber den Oberflächen 23, 31 derart nach innen geneigt, dass ein Winkel α₁ zwischen der Einkoppelfläche 19 und der ersten Oberfläche 23 kleiner ist als ein Winkel α₂ zwischen der Einkoppelfläche 19 und der zweiten Oberfläche 31. Beim Betrieb der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 11 gemäß dieser Ausführungsform wird beim Einkoppeln des Lichts 59 zumindest in Teil des Lichts 59 in Richtung der ersten Oberfläche 23, d. h. in Richtung der Reflexionsfläche 25 abgelenkt.
Gemäß der in der 5 gezeigten vierten Ausführungsform ist die Einkoppelfläche 19 konvex. Sie weist die Form eines Ausschnitts eines Zylindermantels eines Kreiszylinders auf. Alternativ dazu kann auch vorgesehen werden, dass die Einkoppelfläche im Querschnitt durchgängig oder abschnittweise hyperbelförmig ist. Ein Scheitel 63 der Einkoppelfläche 19 verläuft parallel zu den beiden Oberflächen 23, 31. Der Scheitel 63 kann derart zwischen den beiden Oberflächen 23, 31 angeordnet sein, dass ein Abstand des Scheitels 63 zu der ersten Oberfläche 23 einem Abstand des Scheitels 63 zu der zweiten Oberfläche 31 entspricht oder geringer ist. Anstelle der in 5 gezeigten konvexen Einkoppelfläche 19 kann auch eine konkave Einkoppelfläche 19 vorgesehen werden, deren Form komplementär zu der Form der gezeigten konvexen Einkoppelfläche 19 sein kann.
Die Einkoppelfläche 19 kann optische Elemente zum Beeinflussen des einzukoppelnden Lichts 59 aufweisen. Beispielsweise weist in einer fünften Ausführungsform die Einkoppelfläche 19 als konvexe Erhebungen 65 realisierte optische Elemente auf (siehe 6). Die Form der Erhebungen 65 kann an die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle 15 angepasst werden. Oberflächen der Erhebungen 65 können eine sphärische Form, eine torische Form oder eine beliebige Freiform aufweisen. Anstelle der konvexen Erhebungen 65 können auch entsprechende konkave Vertiefungen vorgesehen werden. Es kann auch vorgesehen werden, dass ein Teil der optischen Elemente als Erhebungen 65 und ein anderer Teil der optischen Elemente als Vertiefungen ausgeführt sind. In der in 6 gezeigten fünften Ausführungsform ist die Einkoppelfläche 19 außerhalb der Erhebungen 15 ähnlich wie in 3 orthogonal zu den beiden Oberflächen 23, 31. Jedoch kann auch die in 4 gezeigte geneigte Einkoppelfläche, die in 5 gezeigte konvex gebogene Einkoppelfläche 14, sowie die konkav gebogene Einkoppelfläche konvexe und/oder konkave optische Elemente aufweisen.
Generell eignen sich die konvexe Einkoppelfläche 19 bzw. die konvexen optischen Elemente in Form der Erhebungen 65 besonders für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 11, deren Lichtquelle 15 ein stark divergierendes Lichtbündel abgibt. In diesem Fall sammelt die Einkoppelfläche 19 bzw. sammeln die Erhebungen 65 das von der Lichtquelle 15 abgegebene Licht 59. Im Falle einer Lichtquelle 15, die ein eher konvergentes Lichtbündel abgibt, kann die konkave Einkoppelfläche 19 bzw. können die Vertiefungen vorgesehen werden, welche zumindest in einem Bereich, der in Lichtleitrichtung 39 hinter der Einkoppelfläche 19 liegt, für einen im Wesentlichen parallelen Strahlengang sorgt bzw. sorgen.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist die Reflexionsfläche 25 nicht nur in der Lichtleitrichtung 39 sondern auch in einer von der Lichtleitrichtung 39 abweichenden Richtung, vorzugsweise in einer zur Lichtleitrichtung 39 orthogonalen Richtung, derart gekrümmt, dass die Reflexionsfläche 25 zumindest einen Teil von Lichtstrahlen 59, die gegenüber einer Ebene der Lichtleitrichtung 39 geneigt sind, so reflektiert, dass sie unmittelbar ohne weitere Reflexionen entweder wieder auf die Reflexionsfläche 25 auftreten oder über einen der Auskoppelabschnitte 30, 45, 51 aus der Lichtleiterstruktur 13 ausgekoppelt werden. Das heißt, ein zur Zeichenebene der 2 orthogonaler Querschnitt der Reflexionsfläche 25 ist – anders als bei den gezeigten Ausführungsformen – eine gekrümmte Linie. Die Reflexionsfläche 25 kann hierbei derart gekrümmt sein, dass die Lichtleiterstruktur 13 an der Reflexionsfläche 25 eine konvexe Form aufweist.
Da die zweite Oberfläche 31 nicht zur Lichtleitung beiträgt, kann diese zu anderen Zwecken weitgehend frei ausgestaltet werden. Beispielsweise können die oben beschrieben Befestigungselemente 55, 57 an der zweiten Oberfläche 31 vorgesehen werden oder lichtundurchlässiges Material, insbesondere Lack 41 an der Reflexionsfläche 25 angebracht werden, ohne dass die Lichtleitungseigenschaften der Lichtleiterstruktur 13 beeinträchtigt werden. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten für die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 11.

Claims

Lichtleiterstruktur (13) für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (11), mit einem Einkoppelabschnitt (17) zum Einkoppeln von Licht in die Lichtleiterstruktur (13), einer gekrümmten Reflexionsfläche (25) zum Reflektieren von Lichtstrahlen (59) des über den Einkoppelabschnitt in die Lichtleiterstruktur eingekoppelten Lichts und mindestens einem Auskoppelabschnitt (30, 45, 51) zum Auskoppeln des Lichts aus der Lichtleiterstruktur (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelabschnitt (17) eine Zuleitungslichtleiterstruktur (43) zum Bündeln und Zuleiten des Lichts aufweist, deren Dicke (d_k) in Lichtleitrichtung (39) zumindest abschnittsweise zunimmt, und dass die Reflexionsfläche (25) der Lichtleiterstruktur (13) derart gekrümmt ist, dass an der Reflexionsfläche (25) reflektiertes Licht unmittelbar ohne weitere Reflexionen entweder erneut auf die Reflexionsfläche (25) auftrifft oder in den mindestens einen Auskoppelabschnitt (30, 45, 51) gelangt, wobei eine Dicke (d_l) der Lichtleiterstruktur (13) zwischen der Reflexionsfläche (25) und einer dieser gegenüber liegenden zweiten Oberfläche (31) in Lichtleitrichtung (39) ausgehend von dem Einkoppelabschnitt (17) bis zu einem dem Einkoppelabschnitt (17) gegenüber liegenden Auskoppelabschnitt (30) zunimmt, und die Lichtleiterstruktur (13) einen zweiten Auskoppelabschnitt (45) aufweist, der mindestens ein erstes Auskoppelelement (47, 49) zum Auskoppeln von Licht aus der Lichtleiterstruktur (13) umfasst, wobei das erste Auskoppelelement (47, 49) an der Reflexionsfläche (25) der Lichtleiterstruktur (13) angeordnet ist, und/oder die Lichtleiterstruktur (13) einen dritten Auskoppelabschnitt (51) aufweist, der mindestens ein zweites Auskoppelelement (53) zum Auskoppeln von Licht aus der Lichtleiterstruktur (13) umfasst, wobei das zweite Auskoppelelement (53) an der zweiten Oberfläche (31) der Lichtleiterstruktur (13) angeordnet ist.
Lichtleiterstruktur (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche (25) im Querschnitt die Form eines Abschnitts einer Ellipse aufweist.
Lichtleiterstruktur (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterstruktur (13) ein transparenter Körper ist, wobei die Reflexionsfläche (25) zumindest einem Bereich einer konvex gekrümmten ersten Oberfläche (23) des transparenten Körpers entspricht.
Lichtleiterstruktur (13) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterstruktur (13) plattenförmig ist, wobei die Lichtleiterstruktur (13) eine zweite, vorzugsweise konkav gekrümmte, Oberfläche (31) aufweist, die neben der Reflexionsfläche (25) verläuft.
Lichtleiterstruktur (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Querkante der Lichtleiterstruktur (13) eine Einkoppelfläche (19) der Lichtleiterstruktur (13) bildet und/oder dass eine zweite Querkante der Lichtleiterstruktur (13), die der ersten Querkante gegenüberliegt, eine Auskoppelfläche (29) des ersten Auskoppelabschnitts (30) bildet.
Lichtleiterstruktur (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Oberfläche (31) der Lichtleiterstruktur (13) zumindest abschnittsweise untransparentes Material (41) angebracht ist und/oder dass die zweite Oberfläche (31) zumindest abschnittsweise mit einem solchem beschichtet ist.
Lichtleiterstruktur (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (31) der Lichtleiterstruktur (13) mindestens ein Befestigungselement (55, 57) aufweist.
Lichtleiterstruktur (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterstruktur (13) aus einem thermoplastischen und transparenten Kunststoff, vorzugsweise Polymethylmethacrylat, gebildet ist.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (11) mit einer Lichtleiterstruktur (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Beleuchtungseinrichtung (11) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (11) ein Kraftfahrzeugscheinwerfer oder eine Kraftfahrzeugleuchte, insbesondere eine Rückleuchte, ist.