DE102011016000A1

DE102011016000A1 - Leuchtvorrichtung mit 3D-Wirkung

Info

Publication number: DE102011016000A1
Application number: DE102011016000A
Authority: DE
Inventors: Dr. Reuschel Jens Dietmar; Christoph Schmitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Also published as: US20140321136A1; US9423094B2; EP2695009A1; CN103460092B; CN103460092A; WO2012136334A1; EP2695009B1

Abstract

Es soll eine Leuchtvorrichtung vorgeschlagen werden, mit der Fahrzeuginsassen optisch besser informiert werden können. Dazu wird eine Leuchtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit mehreren flachen Lichtleitelementen (1, 2, 3) die zu einer Schichtanordnung geschichtet hintereinander angeordnet sind, bereitgestellt. Die einzelnen Lichtleitelemente (1, 2, 3) berühren sich nicht und sind deutlich voneinander beabstandet. Jedes der Lichtleitelemente (1, 2, 3) weist ein lichtstreuendes Strukturelement (11, 12, 13) auf. Eine Beleuchtungseinrichtung (14, 17) ist optisch an jedes der Lichtleitelemente (1, 2, 3) gekoppelt, um Licht in die Lichtleitelemente einzukoppeln. Durch die Strukturelemente (11, 12, 13) wird Licht aus den Lichtleitelementen (1, 2, 3) ausgekoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtquelle und mit mehreren flachen Lichtleitelementen, die zu einer Schichtanordnung geschichtet hintereinander angeordnet sind.
Kraftfahrzeuge besitzen zur Ausleuchtung des Innenraums in der Regel mehrere Leuchten beziehungsweise Leuchtvorrichtungen. Meist handelt es sich dabei um Lämpchen, die an- oder abgeschaltet werden können. Sie dienen in der Regel nicht dazu, zusätzlich Information zu transportieren, die der Fahrzeuginsasse optisch wahrnehmen könnte.
Außerdem besitzen moderne Fahrzeuge zahlreiche Assistenzsysteme. Zum einen soll der Fahrer beim Führen des Fahrzeugs unterstützt werden (z. B. Spurassistent, Überholwarner, Abstandswarner etc.) und zum anderen können auch Beifahrer gewarnt werden (z. B. Warnung vor einem vorbeifahrenden Fahrrad beim Aussteigen). Diese Assistenzsysteme liefern meist optische Hinweise beziehungsweise Warnungen. Daher ist es wichtig, diese optischen Hinweise und Warnungen an Stellen zu geben, die sich in der Blickrichtung des Insassen befinden.
Aus der Druckschrift DE 103 47 424 A1 ist eine transparente Scheibenanordnung als Element einer Tür, eines Fensters oder einer Wand bekannt. Sie besitzt eine oder mehrere Lichtquellen zum Einstrahlen beziehungsweise Einkoppeln von Licht in die Scheibenanordnung derart, dass sich das Licht im Inneren der Scheibenanordnung zwischen den äußeren Scheibenflächenseiten in Richtung entlang der Scheibenflächenseiten ausbreiten kann. Die Scheibenanordnung enthält Lichtablenkzonen, welche zumindest einen Teil des sie erreichenden Lichts in Richtung quer zu den Scheibenflächenseiten zum Austritt aus der Scheibenanordnung ablenken.
Darüber hinaus ist in der Druckschrift DE 10 2008 004 625 B4 eine mehrschichtige Kunststoffscheibe beschrieben. Sie besitzt zumindest einen teiltransparenten Träger, eine erste Schmelzklebefolie auf dem Träger und eine erste Polyesterfolie auf der ersten Schmelzklebefolie. Außerdem weist sie eine optisch wirksame Funktionsschicht, die mit der ersten Polyesterfolie verbunden ist, eine zweite Polyesterfolie, die mit der optisch wirksamen Funktionsschicht verbunden ist, und eine zweite Schmelzklebefolie auf der zweiten Polyesterfolie auf. Schließlich besitzt sie eine zumindest teiltransparente Deckschicht auf der zweiten Schmelzklebefolie.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leuchtvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit der aussagekräftige Information an einen Fahrzeuginsassen optisch übermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Leuchtvorrichtung für eine Kraftfahrzeug mit

– mehreren flachen Lichtleitelementen, die zu einer Schichtanordnung geschichtet hintereinander angeordnet sind, wobei
– sich die einzelnen Lichtleitelemente nicht berühren und deutlich voneinander beabstandet sind,
– jedes der Lichtleitelemente mindestens ein lichtstreuendes Strukturelement aufweist,
– eine Beleuchtungseinrichtung optisch an jedes der Lichtleitelemente gekoppelt ist, um Licht in die Lichtleitelemente einzukoppeln, und
– durch die Strukturelemente Licht aus den Lichtleitelementen ausgekoppelt wird.

In vorteilhafter Weise ist es durch die echte dreidimensionale Struktur der Leuchtvorrichtung möglich, einen dreidimensionalen optischen Eindruck zu generieren. Damit ist es aber auch möglich, dreidimensionale optische Erscheinungen für die Informationsübertragung zu nutzen. Im Gegensatz zu zweidimensionalen Anzeigen kann somit auch eine Tiefenwirkung genutzt werden, um entsprechende Nachrichten an den Fahrzeuginsassen zu übertragen.
In einer Ausführungsform können die Strukturelemente der Lichtleitelemente zumindest teilweise die gleiche geometrische Form besitzen. Damit entsteht eine Gruppe von Strukturelementen in den mehreren Lichtleitelementen, die gut für dreidimensionale Effekte genutzt werden können.
Weiterhin können die Lichtelemente im Wesentlichen die gleiche Größe besitzen. Dies hat Vorteile hinsichtlich der Fertigung und Montage. Es lässt sich dann ein Lichtmodul beziehungsweise eine Leuchtvorrichtung mit mehreren gleichgroßen Lichtelementen beispielsweise in einem einfachen Rahmen herstellen.
Beispielsweise können die Lichtleitelemente bandförmig ausgebildet sein. Diese Bandform hat den Vorteil, dass damit dreidimensionale Leuchtstreifen gebildet werden können, die erfindungsgemäß dreidimensionale Lichteffekte hervorrufen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können alle Lichtleitelemente in gleicher Weise räumlich gekrümmt sein. Dies lässt sich beispielsweise mit den oben genannten dünnen, bandförmigen Lichtleitelementen gut realisieren. Die räumliche Krümmung hat den Vorteil, dass die Leuchtvorrichtung dann an vielen Stellen im Inneren des Kraftfahrzeugs raumsparend untergebracht werden kann. Beispielsweise lässt sie sich großflächig in eine Türverkleidung oder in den Himmel des Fahrzeugs integrieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an einer Kante jedes der Lichtleitelemente ein separater Lichtleiter angeordnet, mit dem Licht in die Kante des Lichtleitelements eingekoppelt wird. Damit lässt sich Licht über einen sehr langen Abschnitt des Lichtleitelements effizient einkoppeln. Die Lichtverteilung im Inneren des Lichtleitelements ist dann umso homogener.
Weiterhin kann die Leuchtvorrichtung eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Beleuchtungseinrichtung aufweisen, sodass die Lichtleitelemente mit der Beleuchtungseinrichtung zeitabhängig so beleuchtbar oder durchleuchtbar sind, dass die Strukturelemente mit einem Lauflichteffekt leuchten. Es werden also die einzelnen Strukturelemente der jeweiligen Lichtleitelemente zeitlich versetzt beleuchtet, und die Strukturelemente besitzen untereinander bezogen auf eine vorgegebene Blickrichtung einen örtlichen Versatz. Der zeitliche Versatz der Beleuchtung zusammen mit dem örtlichen Versatz der Strukturelemente führt dann zu einem Lauflichteffekt. Da die Strukturelemente hier dreidimensional angeordnet sind, ergibt sich folglich ein dreidimensionaler Lauflichteffekt.
Die Lichtleitelemente können weiterhin eine gemeinsame Oberflächennormale besitzen, und jedes der Strukturelemente kann in dem jeweiligen Lichtleitelement von der Oberflächennormalen einen anderen Abstand besitzen als ein anderes der Strukturelemente. D. h. in einer Blickrichtung (die mit der Oberflächennormalen korrespondiert) besitzt eine Gruppe von Strukturelementen, von denen jedes einem anderen Lichtleitelement zugeordnet ist, gegenüber den anderen Strukturelementen dieser Gruppe einen örtlichen Versatz.
Besonders vorteilhaft ist, wenn ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer oben geschilderten, erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung ausgestattet ist. Diese kann dann zum Erzeugen eines optischen Hinweises, insbesondere eines Warnhinweises verwendet werden. Es kann also ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Assistenzsystem zur Unterstützung des Fahrers oder eines Beifahrers oder mit einer oben genannten Leuchtvorrichtung zum Beleuchten des Fahrzeuginnenraums ausgestattet sein.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung wiedergibt.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Ein Kraftfahrzeug weist beispielsweise eine Türverkleidung auf, in die ein Lichtmodul gemäß der symbolischen Darstellung der Figur integriert ist. Ein derartiges Lichtmodul kann aber auch beispielsweise als Lichtband in den Himmel eines Fahrzeugs oder quer im Cockpit unterhalb der Windschutzscheibe verbaut sein. Selbstverständlich sind auch andere Einbauorte für ein solches Lichtmodul im Fahrzeuginnern möglich. Mit dem Lichtmodul lässt sich ein dreidimensionaler Leuchteffekt erzielen. Dies kann allein für Beleuchtungszwecke oder auch für eine Informationsübertragung genutzt werden. Speziell können damit optische Hinweise und insbesondere Warnhinweise gegeben werden, wie dies unten näher erläutert wird.
In dem konkreten Beispiel weist die Leuchtvorrichtung drei bandartige Lichtleitelemente 1, 2 und 3 auf. Die Lichtleitelemente 1, 2, 3 sind parallel hintereinander angeordnet, sodass sich eine Schichtanordnung ergibt.
In dem vorliegenden Beispiel sind die einzelnen Lichtleitelemente 1, 2, 3 räumlich gekrümmt. Damit ergibt sich auch eine räumlich gekrümmte Schichtanordnung der Lichtleitelemente. Die räumliche Krümmung kann fest vorgegeben sein, sie kann aber auch nachträglich eingestellt werden, wenn das gesamte Lichtmodul beziehungsweise die Leuchtvorrichtung insgesamt entsprechend elastisch ist.
Die einzelnen Lichtleitelemente 1, 2, 3 besitzen untereinander einen Abstand, sodass sie sich nicht berühren. Dieser Abstand kann beispielsweise durch einen Abstandshalter 4 gewährleistet sein. Je größer der Abstand zwischen den Lichtleitelementen ist, desto stärker kann der erzielte räumliche Lichteffekt sein. Der Abstand zwischen den einzelnen Lichtleitelementen 1, 2, 3 muss nicht gleich sein.
In der Ausführungsform der Figur besitzt die Leuchtvorrichtung drei ähnlich gestaltete Lichtleitelemente 1, 2, 3. Sie kann aber auch mehr als drei solche Lichtleitelemente aufweisen, um den 3D-Effekt zu verbessern. Minimal kann die Leuchtvorrichtung auch zwei derartige Lichtleitelemente aufweisen.
Die Form der einzelnen Lichtleitelemente ist grundsätzlich frei wählbar. Wichtig ist nur, dass jedes Lichtleitelement im Wesentlichen flächig beispielsweise als Band oder Platte ausgebildet ist. Jedes Lichtleitelement 1, 2, 3 weist damit zwei Hauptseiten, nämlich eine Vorderseite und eine Rückseite auf, von denen in der Figur nur die Vorderseiten 5, 6, 7 zu erkennen sind. Die Ränder 8, 9, 10 sind entsprechend schmal. Die Lichtleitelemente 1, 2, 3 sind vorzugsweise platten-, band- oder folienförmig gestaltet.
Die einzelnen Lichtleitelemente 1, 2, 3 sind aus einem teiltransparenten Material (z. B. PMMA = Polymethylmethacrylat) gefertigt. Sie können also im Inneren zum Teil Licht durch Totalreflektion halten und weiterleiten.
An der Vorderseite 5, 6, 7, an der Rückseite oder im Inneren der Lichtleitelemente können sich optische Störstellen 11, 12, 13 befinden. Nur wenige dieser optischen Störstellen, die auch als Strukturelemente bezeichnet werden können, sind in dem Beispiel der Figur mit Bezugszeichen versehen.
Die optischen Störstellen 11, 12, 13, d. h. die Strukturelemente sind beispielsweise durch Fräsen, Lasern, Sandstrahlen oder dergleichen in das jeweilige Lichtleitelement 1, 2, 3 eingebracht. Sie können sich an der Oberfläche oder im Inneren des Lichtleitelements befinden.
Die Strukturelemente können jede gewünschte geometrische Form besitzen. So können sie beispielsweise Punkte sein, die in der Figur angedeutet sind. Es kann sich aber auch um spezielle Grafiken und Ornamente handeln. Beispielsweise sind es Pfeile, um eine Richtung anzudeuten.
Die Strukturelemente werden einzeln oder in Gruppen beleuchtet. Hierzu sind beispielsweise punktuelle Lichtquellen wie LEDs 14 vorgesehen. Jede dieser punktuellen Lichtquellen 14 beleuchtet hier eine Gruppe 15 von Strukturelementen.
Die Lichtleitelemente können gemäß dem Beispiel der Figur auch jeweils mit einem Lichtleiter 16 beleuchtet werden. Es ist hier an jedes Lichtleitelement 1, 2, 3 am Rand in Längsrichtung ein Lichtleiter 16 angebracht. Mithilfe von weiteren Lichtquellen 17 (z. B. LEDs) wird Licht in die Lichtleiter 16 eingekoppelt. Diese wiederum koppeln Licht entlang der gesamten Länge der jeweiligen Lichtleitelemente 1, 2, 3 in diese ein. Je nach Transparenz der Lichtleitelemente leuchten diese nun ganzflächig oder es leuchten im Wesentlichen nur die optischen Störstellen, d. h. die Strukturelemente 11, 12, 13. Bei Beleuchtung der Strukturelemente 11, 12, 13 mit den punktuellen Lichtquellen 14 leuchten immer nur die konkret angestrahlten Strukturelemente 11, 12, 13 oder Gruppen 15 von Strukturelementen. Dabei kann die Beleuchtung sowohl durch die Lichtquellen 14 als auch durch die Lichtquellen 17 weiß oder farbig (Farb-LED; RGB) sein.
Die Beleuchtungseinrichtung der Leuchtvorrichtung, die die verschiedenen Lichtquellen 14, 17 beinhaltet, kann mit einer speziellen Steuereinrichtung (in der Figur nicht dargestellt) gesteuert werden. Durch eine derartige Ansteuerung können die Schichten des dreidimensionalen Gebildes, d. h. die Lichtleitelemente 1, 2, 3 der Leuchtvorrichtung zeitabhängig durchleuchtet werden. Durch einen Versatz der Strukturelemente 11, 12, 13 in einer Raumrichtung ausgehend von einer vorgegebenen Betrachtungsachse und eine entsprechende zeitliche Ansteuerung (zeitlicher Versatz) kann eine dreidimensionale Animationswirkung erzeugt werden. Für solche Animationswirkungen können sowohl die Einzellichtquellen 14 als auch die beleuchteten Lichtleiter 16, die jeweils an den Längskanten der Schichten beziehungsweise Lichtleitelemente angebracht sind, verwendet werden. Insbesondere kann durch die Einzellichtquellen 14 ein lokales Lauflicht erzeugt werden, welches entweder nur in einer Schicht beziehungsweise einem Lichtleitelement läuft, oder auch in allen Schichten beziehungsweise Lichtleitelementen 1, 2, 3 laufen kann. Im letzteren Fall ergibt sich dann ein dreidimensionales Lauflicht.
In einem Beispiel kann eine derartige Leuchtvorrichtung in einem Fahrzeug als Linienlicht mit dreidimensionalem Lichteffekt oder auch als dreidimensionales Warnlicht eingesetzt werden. Wird eine solche Lichtvorrichtung beispielsweise als längliches Lichtmodul im Cockpit über die gesamte Breite des Fahrzeugs verbaut, kann es lediglich als Linienlicht mit 3D-Effekt in weiß genutzt werden, um eine entsprechende Tiefenwirkung zu erzielen. Mit lokaler Beleuchtung der einzelnen Strukturelemente kann es aber auch zur Warnung vor einer möglichen Kollision dienen (rotes Lauflicht).
Die Warnfunktion kann allgemein dadurch realisiert werden, dass eine Steuervorrichtung ein Signal überprüft. Erfüllt das Signal eine vorgegebene Bedingung, so steuert die Steuervorrichtung eine dafür vorgesehene Leuchtvorrichtung an. Die Leuchtvorrichtung besitzt den Aufbau, wie er oben geschildert wurde.
Warnfunktionen sind, wie oben bereits angedeutet wurde, insbesondere für Fahrerassistenzsysteme hilfreich. So kann die obige Leuchtvorrichtung beispielsweise für einen „Abstandswarner” eingesetzt werden. Der „Abstandswarner” kontrolliert ständig, ob ein bestimmter Abstand zum Vordermann eingehalten wird. Die Kontrolle erfolgt beispielsweise mittels Radar. Wird ein Mindestabstand unterschritten, so muss der Fahrer in geeigneter Weise gewarnt werden. Dies kann hier beispielsweise mittels der geschilderten Leuchtvorrichtung unterhalb der Windschutzscheibe, am Armaturenbrett oder dergleichen erfolgen.
Die erfindungsgemäße Leuchtvorrichtung kann auch für ein Fahrerassistenzsystem „Überholwarner” genutzt werden. Dabei tastet beispielsweise ein Radarstrahl den hinteren Bereich eines Kraftfahrzeugs ab. Wird ein überholendes Fahrzeug festgestellt und hat das eigene Fahrzeug den Blinker auf die Spur des überholenden Fahrzeugs gesetzt oder wird ein Lenkwinkel des eigenen Fahrzeugs in Richtung auf die Spur des überholenden Fahrzeugs registriert, so kann eine entsprechende Überholwarnung optisch abgegeben werden. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein Lauflicht an der Innenseite der Tür an der Seite des überholenden Fahrzeugs einen Überholvorgang andeutet. Beispielsweise kann dies durch ein rotes Lauflicht erfolgen, das sich in Fahrtrichtung nach vorne bewegt.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung bei einem Assistenzsystem wäre der Einsatz bei einem „Ausstiegsassistenten”. Hält das Fahrzeug beispielsweise neben einem Fahrradweg an, und ein Insasse will aussteigen, so kann mit einer entsprechenden Beleuchtung der Tür angezeigt werden, ob ein gefahrloses Öffnen der Tür möglich ist oder nicht. Wenn keine Gefahr besteht, so kann die Tür beispielsweise innen grün beleuchtet werden, während sie bei Gefahr, d. h. beispielsweise bei einem sich nähernden oder bei einem vorbeifahrenden Fahrrad, rot leuchtet.
Auch andere Fahrerassistenzsysteme können mit der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung ausgestattet werden. Dabei kann die Leuchtvorrichtung in der Fläche sehr groß ausgebildet sein, da sie bei Nichtgebrauch ein hochwertiges Dekorelement darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10347424 A1 [0004]
DE 102008004625 B4 [0005]

Claims

Leuchtvorrichtung für eine Kraftfahrzeug mit – mehreren flachen Lichtleitelementen (1, 2, 3), die zu einer Schichtanordnung geschichtet hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – sich die einzelnen Lichtleitelemente (1, 2, 3) nicht berühren und deutlich voneinander beabstandet sind, – jedes der Lichtleitelemente (1, 2, 3) mindestens ein lichtstreuendes Strukturelement (11, 12, 13) aufweist, – eine Beleuchtungseinrichtung (14, 17) optisch an jedes der Lichtleitelemente (1, 2, 3) gekoppelt ist, um Licht in die Lichtleitelemente einzukoppeln, und – durch die Strukturelemente (11, 12, 13) Licht aus den Lichtleitelementen ausgekoppelt wird.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strukturelemente (11, 12, 13) der Lichtleitelemente (1, 2, 3) die gleiche geometrische Form besitzen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtleitelemente (1, 2, 3) im Wesentlichen die gleiche Größe besitzen.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Lichtleitelemente (1, 2, 3) bandförmig ausgebildet sind.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Lichtleitelemente (1, 2, 3) in gleicher Weise räumlich gekrümmt sind.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer Kante jedes der Lichtleitelemente (1, 2, 3) ein separater Lichtleiter (16) angeordnet ist, mit dem Licht in die Kante des Lichtleitelements eingekoppelt wird.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Beleuchtungseinrichtung (14, 17) aufweist, sodass die Lichtleitelemente (1, 2, 3) mit der Beleuchtungseinrichtung (14, 17) zeitabhängig so beleuchtbar oder durchleuchtbar sind, dass die Strukturelemente (11, 12, 13) entsprechend einem Lauflichteffekt leuchten.
Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtleitelemente (1, 2, 3) eine gemeinsame Oberflächennormale besitzen, und jedes der Strukturelemente (11, 12, 13) in dem jeweiligen Lichtleitelement von der Oberflächennormalen einen anderen Abstand besitzt als ein anderes der Strukturelemente.
Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein optischer Hinweis, insbesondere ein Warnhinweis mit der Leuchtvorrichtung erzeugbar ist.
Kraftfahrzeug mit einem Assistenzsystem nach Anspruch 9 oder einer Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.