DE102011018508A1

DE102011018508A1 - Lichtleiterelement-Anordnung und Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einer solchen Lichtleiterelement-Anordnung

Info

Publication number: DE102011018508A1
Application number: DE102011018508A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendle
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2011-04-23
Filing date: 2011-04-23
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-04-24
Also published as: DE102011018508C5; DE102011018508B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtleiterelement-Anordnung zur Verwendung in einem Lichtmodul (6; 6') einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (1). Die Lichtleiterelement-Anordnung umfasst: – ein plattenförmiges Lichtleiterelement (8) mit einer Längserstreckung und einer Quererstreckung und mit einer Lichteinkoppelfläche (13) zum Einkoppeln des ausgesandten Lichts, Grenzflächen (14) mit totalreflektierenden Eigenschaften zur Reflexion des eingekoppelten Lichts, einem Kollimatorelement (15) zum Bündeln des eingekoppelten Lichts, einer Lichtaustrittsfläche (16), durch die in einem bestimmten Winkel auftreffende Lichtstrahlen ausgekoppelt werden, und einer Lichtauskoppelfläche (17) zum Umlenken des eingekoppelten Lichts auf die Lichtaustrittsfläche (16), und – im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordnete optisch wirksame Mittel (9) zur Strahlformung. Es wird eine besonders effiziente Lichtleiterelement-Anordnung vorgeschlagen, bei der das Kollimatorelement (15) das eingekoppelte Licht in einem Meridionalschnitt (18) betrachtet stärker bündelt als in einem Sagittalschnitt (19) betrachtet und bei dem die Strahlformungsmittel (19) das hindurchtretende Licht im Sagittalschnitt (19) stärker bündeln als im Meridionalschnitt (18).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleiterelement-Anordnung zur Verwendung in einem Lichtmodul einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, die Lichtleiterelement-Anordnung umfassend:

– ein plattenförmiges Lichtleiterelement mit einer Längserstreckung und einer Quererstreckung und mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche zum Einkoppeln zumindest eines Teils des ausgesandten Lichts, Grenzflächen mit totalreflektierenden Eigenschaften zur Reflexion zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts, mindestens einem Kollimatorelement zum Bündeln zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts, mindestens einer Lichtaustrittsfläche, durch die in einem bestimmten Winkel auftreffende Lichtstrahlen ausgekoppelt werden, und mindestens einer Lichtauskoppelfläche zum Umlenken zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts auf die Lichtaustrittsfläche, und
– im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordnete optisch wirksame Mittel zur Strahlformung.

Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Lichtquelle zum Aussenden von Licht und mindestens einer Lichtleiterelement-Anordnung der oben genannten Art.
Die Einführung von Halbleiterlichtquellen, insbesondere von Leuchtdioden (LEDs), in Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge ist in den vergangenen Jahren mit immer anspruchsvolleren Stylingentwürfen einhergegangen, welche die Entwickler von Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge vor große Herausforderungen gestellt haben. Insbesondere im Bereich der Fahrzeugleuchten werden häufig homogen ausgeleuchtete Lichtbänder als Erscheinungsbild für Tagfahrlichter, Blinklichter, Begrenzungslichter und andere Leuchtfunktionen gewünscht.
Im Hinblick auf ein homogenes Erscheinungsbild und größtmögliche gestalterische Freiheit bei Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge wäre ein Lichtleiterelement das bevorzugte optische Element, um die genannten Leuchtenfunktionen zu realisieren. Dem stehen jedoch die relativ niedrigen optischen Wirkungsgrade von Lichtleitern entgegen. So liegen typische Lichtleiter-Wirkungsgrade von bisher bekannten Lichtleiterelementen bei lediglich etwa 15%. Das hat zur Folge, dass zur Realisierung der genannten Leuchtenfunktionen mit Lichtleitern ähnlich starke Lichtquellen eingesetzt werden müssen, wie sie sonst nur für sogenannte Hauptfunktionen (beispielsweise für Abblendlicht oder Fernlicht) von Kraftfahrzeugscheinwerfern üblich sind, um die gesetzlichen Anforderungen an die Lichtstärke der resultierenden Lichtverteilung der Leuchte zu erzielen. Die Nachteile solcher starker Lichtquellen hinsichtlich Bauraumbedarf, Wärmeentwicklung, Herstellungs- und Betriebskosten liegen auf der Hand.
Ein wesentlicher Grund für die geringen Wirkungsgrade von bekannten Lichtleiterelementen liegt in dem recht schlichten und einfachen Aufbau der üblichen Lichtleiterlösungen: Die in bekannten Beleuchtungseinrichtungen verwendeten Lichtleiter weisen üblicherweise relativ große Lichtaustrittsflächen sowie sehr große Öffnungswinkel der aus dem Lichtleiter austretenden Lichtbündel auf. Dadurch ist es praktisch unmöglich, einen größeren Anteil des austretenden Lichts in eine bestimmte Richtung und damit in ein enger begrenztes Zielgebiet zu lenken, wie es für die Realisierung typischer Leuchtenfunktionen notwendig wäre.
Die aus dem Stand der Technik bekannten und in bekannten Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen eingesetzten Lichtleiterelemente können in zwei Typen unterteilt werden. Ein erster typischer Lichtleiter, wie er beispielsweise aus der EP 0 515 921 A2 bekannt ist, wird nachfolgend als Typ 1 bezeichnet. Bei den Lichtleiterelementen des Typ 1 gibt es einen Zielkonflikt bei der Auslegung des Lichtleiters. Bestimmte Seitenflächen des Lichtleiters beziehungsweise Teile der Seitenflächen haben zum einen die Funktion, flach auftreffende Lichtstrahlen durch Totalreflexion weiterzuleiten und sollen zum anderen Lichtstrahlen, die steil auf die Seitenflächen auftreffen und durch die Seitenflächen ausgekoppelt werden, möglichst ungehindert passieren lassen und nach Möglichkeit sogar noch fokussieren. Das Aufbringen von fokussierenden Optiken auf den Lichtleiter im Bereich der genannten Seitenflächen kann jedoch dazu führen, dass an diesen Seitenflächen Licht ungewollt ausgekoppelt und nicht – wie eigentlich vorgesehen – in dem Lichtleiter weitergeleitet wird. Wenn der Lichtleiter jedoch mit glatten, parallelen Seitenflächen ausgeführt wird, die eine zuverlässige Totalreflexion und ein zuverlässiges Weiterleiten der flach auftretenden Lichtstrahlen sicherstellen, können durch die Seitenflächen ausgekoppelte Strahlenbündel nicht ausreichend fokussiert werden, so dass der größte Teil des ausgekoppelten Lichts das vorgesehene Zielgebiet verfehlt. Problematisch ist also, dass die Seitenflächen sowohl als totalreflektierende Grenzflächen als auch als Lichtaustrittsflächen dienen. Aus diesem Grund eignen sich Lichtleiterelemente vom Typ 1 kaum zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugleuchte.
Ein Lichtleiterelement eines zweiten Typs ist beispielsweise aus der EP 0 830 984 A2 , der GB 2,180,051 A sowie aus der GB 2,274,158 A bekannt. Das Lichtleiterelement vom Typ 2 vermeidet das beschriebene Problem des Lichtleiterelements vom Typ 1, indem das in das Lichtleiterelement eingekoppelte Licht zunächst auf ein Kollimatorelement in Form von Reflexions- oder Linsenflächen trifft und von diesen weitgehend parallel gebündelt wird. Dadurch kann das Licht weitgehend ohne Reflexionen an den Lichtleiterwänden durch das Lichtleiterelement geschickt werden. Die Lichtauskopplung erfolgt über Auskoppelflächen im Lichtleiter, die beispielsweise als totalreflektierende Umlenkspiegel ausgebildet sind. Die Auskoppelflächen sind in einem Winkel von etwa 45° zur Längsachse des Lichtleiterelements ausgerichtet, so dass sie das auftreffende Licht näherungsweise rechtwinklig reflektieren. Die umgelenkten Lichtstrahlen treffen weitgehend senkrecht auf eine Lichtaustrittsfläche des Lichtleiterelements, so dass die umgelenkten Lichtstrahlen im Wesentlichen ablenkungsfrei durch die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters ausgekoppelt werden können. Bei den bekannten Lichtleiterelementen vom Typ 2 werden die eingekoppelten Lichtstrahlen sowohl in einem entlang einer Längserstreckung des Lichtleiterelements verlaufenden Meridionalschnitt als auch in einem entlang einer Quererstreckung des Lichtleiterelements verlaufenden Sagittalschnitt weitgehend parallelisiert.
Nachteilig bei der Bauform des Lichtleiterelements vom Typ 2 ist jedoch, dass das mindestens eine Kollimatorelement in Form der kollimierenden Reflexions- oder Linsenflächen am Lichtleitereingang sehr groß sein muss, um einen möglichst großen Anteil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts beziehungsweise das in den Lichtleiter eingekoppelte Lichtbündel auch nur näherungsweise sowohl im Meridionalschnitt als auch im Sagittalschnitt zu parallelisieren. Dementsprechend groß muss demnach auch der Lichtleiterquerschnitt sein, was zu unökonomischen, unpraktikablen und schwer zu fertigenden Lichtleitervolumina führen kann. Außerdem kann mit den bekannten Lichtleitern vom Typ 2 das Licht nur in gerader Richtung geleitet werden. Das den Lichtleiterelementen vom Typ 2 zu Grunde liegende Prinzip funktioniert nicht bei gebogenen Lichtleitern, da ein Auftreffen der in dem Lichtleiter transportierten parallelen Lichtstrahlen auf die Seitenflächen des Lichtleiters und eine Reflexion der Lichtstrahlen an den Seitenflächen bei einem gebogenen Lichtleiter nicht vermieden werden kann. Es ist unmöglich, mit einem solchen Lichtleiterelement Licht um Hindernisse herum zu führen, wie es beispielsweise bei sogenannten Lichtleitringen (vergleiche zum Beispiel DE 100 40 302 A1 und DE 10 2005 038 830 A1 ) üblich ist, die vorzugsweise andere Scheinwerferelemente, beispielsweise einen Reflektor oder eine Projektionslinse, umschließen.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine möglichst effiziente Lichtleiterelement-Anordnung zur Verfügung zu stellen. Die Lichtleiterelement-Anordnung sollte weitgehend dieselben gestalterischen Freiheiten bieten wie konventionelle, aus dem Stand der Technik bekannte Lichtleiter, gegenüber diesen aber einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweisen. Ferner sollte die Lichtleiterelement-Anordnung ein gleichermaßen homogenes (Leuchtdichte-)Erscheinungsbild ermöglichen, das zu den Vorzügen konventioneller, aus dem Stand der Technik bekannter Lichtleiter zählt. Schließlich sollte die Lichtleiterelement-Anordnung möglichst kleine Wandstärken, das heißt eine möglichst geringe Quererstreckung, aufweisen, um eine kostengünstige Fertigung zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Lichtleiterelement-Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das mindestens eine Kollimatorelement das eingekoppelte Licht in einem entlang der Längserstreckung des Lichtleiterelements verlaufenden Meridionalschnitt betrachtet stärker bündelt als in einem senkrecht dazu, entlang der Quererstreckung des Lichtleiterelements verlaufenden Sagittalschnitt betrachtet und dass die in dem Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordneten optisch wirksamen Mittel das hindurchtretende Licht in dem Sagittalschnitt stärker bündeln als in dem Meridionalschnitt.
Die erfindungsgemäße Lichtleiterelement-Anordnung weist mindestens ein plattenförmiges Lichtleiterelement auf, das eine Kombination der aus dem Stand der Technik bekannten Lichtleiter vom Typ 1 und vom Typ 2 darstellt. Dabei ist das Lichtleiterelement in einem Meridionalschnitt, der die verschiedenen optischen Achsen des Lichtleiterelements enthält, ähnlich wie ein bekannter Lichtleiter vom Typ 2 ausgelegt. Der Meridionalschnitt umfasst ferner die Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle(n), die Lichteinkoppelrichtung von Licht in das Lichtleiterelement sowie die Lichtauskoppelrichtung von Licht aus dem Lichtleiter. In einem zu dem Meridionalschnitt senkrechten Sagittalschnitt ist das Lichtleiterelement demgegenüber ähnlich dem bekannten Lichtleiter vom Typ 1 ausgebildet, wobei zwischen zwei weitgehend parallelen Seitenflächen des Lichtleiterelements Licht durch mehrfache Totalreflexionen in Längsrichtung durch das Lichtleiterelement transportiert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung lassen sich also die Gestaltungsfreiheit des bekannten Lichtleiters vom Typ 1 (Möglichkeit von gebogenen Lichtleiterelementen) mit der hohen Effizienz und der Fokussierung von austretendem Licht eines bekannten Lichtleiters vom Typ 2 kombinieren. Der sehr gerichtete Strahlengang im Meridionalschnitt des Lichtleiterelements erlaubt es, durch gezielte Abstimmung von Kollimatorelement und Lichtauskoppelfläche eine sehr gute Homogenität im Erscheinungsbild des Lichtleiterelements zu erreichen, das heißt das aus dem Lichtleiterelement ausgekoppelte Licht ist besonders gleichmäßig entlang der Längserstreckung des Lichtleiterelements verteilt. Die Lichtauskoppelfläche des Lichtleiteelements umfasst zum Beispiel Umlenkspiegel oder Auskoppelprismen. Um eine Fokussierung des ausgekoppelten Lichts und damit den optischen Wirkungsgrad im Sagittalschnitt weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts optisch wirksame Mittel zur Strahlformung, insbesondere fokussierende Optiken, zum Beispiel Sammellinsen oder Reflexionsflächen, anzuordnen. Die optisch wirksamen Mittel können entweder separat von dem plattenförmigen Lichtleiterelement oder als integraler Bestandteil des Lichtleiterelements ausgebildet sein. Falls sie integraler Bestandteil des Lichtleiterelements sind, sind sie vorzugsweise in die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiterelements integriert.
Das Lichtleiterelement kann aus Glas, organischem Glas oder einem beliebig anderen transparenten Kunststoff bestehen. Geeignete organische Gläser sind beispielsweise Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Cycloolefin Polymer (COP), Cycloolefin Copolymer (COC), Polymethacrylmethylimid (PMMI) oder Polysulfon (PSU).
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Kollimatorelement das eingekoppelte Licht in dem Meridionalschnitt betrachtet weitgehend parallel bündelt. Abweichungen von einem exakt parallelen Verlauf der einzelnen Lichtstrahlen können sich dadurch ergeben, dass die für die Beleuchtungseinrichtung verwendete Lichtquelle nicht punktförmig ist, sondern eine gewisse Längs- und/oder Quererstreckung aufweist. Ferner ist die ”weitgehend parallele” Bündelung der Lichtstrahlen im Meridionalschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass die Lichtstrahlen im Meridionalschnitt deutlich stärker gebündelt werden als die Lichtstrahlen im Sagittalschnitt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Lichtleitelement derart ausgebildet ist, dass das eingekoppelte Licht in einem Sagittalschnitt betrachtet durch Reflexion, vorzugsweise mehrfache Totalreflexion, an gegenüberliegenden seitlichen Grenzflächen des Lichtleiterelements in der Längserstreckung durch das Lichtleiterelement bis zum Auftreffen auf die mindestens eine Lichtauskoppelfläche transportiert wird.
Vorteilhafterweise sind die Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts entlang der gesamten Lichtaustrittsfläche des Lichtleiterelements angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass das gesamte aus dem Lichtleiterelement ausgekoppelte Licht im Sagittalschnitt betrachtet gebündelt wird. Auf diese Weise kann ein besonders hoher Wirkungsgrad der Lichtleiterelement-Anordnung erzielt werden. Die Mittel zum Bündeln des ausgekoppelten Lichts können entweder separat von dem plattenförmigen Lichtleiterelement oder als integraler Bestandteil einstückig mit dem Lichtleiterelement ausgebildet sein.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts eine Zylinderlinse. Eine Zylinderachse der Zylinderlinse verläuft vorzugsweise im Wesentlichen entlang eines Meridionalschnitts des Lichtleiterelements. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zylinderlinse derart ausgebildet und relativ zu der mindestens einen Lichtaustrittsfläche angeordnet ist, dass eine Brennlinie der Zylinderlinse auf der mindestens einen Lichtaustrittsfläche verläuft. Vorzugsweise verlauft die Brennlinie genau mittig zwischen den beiden die Lichtaustrittsfläche seitlich begrenzenden Seitenflächen des Lichtleiterelements.
Statt einer Zylinderlinse können die Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts auch in beliebig anderer Weise ausgestaltet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Bündeln zu beiden Seiten eines Meridionalschnitts jeweils eine Reflektorfläche. Die Reflektorflächen der Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts sind im Meridionalschnitt und/oder im Sagittalschnitt vorzugsweise eben ausgebildet. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Reflektorflächen im Meridionalschnitt und/oder im Sagittalschnitt in beliebiger Weise konkav oder konvex gewölbt oder in sonstiger Weise ausgestaltet sind. Vorteilhafterweise vergrößert sich im Sagittalschnitt betrachtet ein Abstand zwischen den Reflektorflächen mit zunehmender Entfernung von der mindestens einen Lichtaustrittsfläche. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Reflektorflächen der Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts einen Öffnungswinkel von etwa 10° bis 20° aufweisen.
Die Reflektorflächen der Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts können spiegelnd ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Reflektorflächen jedoch als totalreflektierende Grenzflachen eines Glas- oder Kunststoffkörpers ausgebildet. Der Glas- oder Kunststoffkörper kann aus Glas, organischem Glas oder einem beliebig anderen transparenten Kunststoff bestehen. Der Glas- oder Kunststoffkörper kann als ein von dem Lichtleitelement separates Bauteil ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Glas- oder Kunststoffkörper unmittelbar auf der Lichtaustrittsfläche oder in einem Abstand zu dieser angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Glas- oder Kunststoffkörper als separates Bauteil weitgehend vollflächig auf der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiterelements aufliegt. Ferner ist es denkbar, dass der Glas- oder Kunststoffkörper im Bereich der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiterelements an dieses angeformt ist und somit integraler Bestandteil des Lichtleiterelements ist.
Auch das Kollimatorelement des Lichtleiterelements der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Kollimatorelement in einem Meridionalschnitt betrachtet eine parabelförmige Reflektorfläche umfasst. Selbstverständlich ist es denkbar, dass die Reflektorfläche auch eine andere Form als eine Parabelform aufweist. So kann die Reflektorfläche beispielsweise eben ausgebildet sein oder aus mehreren ebenen Reflektorteilflächen zusammengesetzt sein. In einem Sagittalschnitt betrachtet ist das mindestens eine Kollimatorelement vorzugsweise eben ausgebildet oder weist eine Dreiecksform auf, wobei die Schenkel des Dreiecks im Sagittalschnitt betrachtet jeweils eine ebene Teilreflektorfläche bilden. Dadurch ergibt sich ein trapezförmiger Querschnitt des Kollimatorelements. Demnach ist die im Meridionalschnitt parabelförmigen Reflektorfläche im Sagittalschnitt vorzugsweise mit einer oder zwei ebenen Teilreflektorflächen ausgebildet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Lichteinkoppelfläche des Lichtleiterelements eine Sammellinse als Kollimatorelement umfasst, so dass das mindestens eine Kollimatorelement integraler Bestandteil der mindestens einen Einkoppelfläche ist. Demnach wird das von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandte Licht über die Sammellinsenfläche in das Lichtleiterelement der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung eingekoppelt. Durch die bündelnden Eigenschaften der Sammellinsenfläche wird das eingekoppelte Licht beim Eintritt in das Lichtleiterelement auch gleich noch gebündelt, vorzugsweise parallelisiert. Die an der Lichteinkoppelfläche des Lichtleiterelements ausgebildete Sammellinse dient also sowohl zum Einkoppeln des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts als auch zum Bündeln des eingekoppelten Lichts im Meridionalschnitt. Eine Bündelung der eingekoppelten Lichtstrahlen im Sagittalschnitt durch die Sammellinse findet – wenn überhaupt – nur in geringen Maßen statt.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Kollimatorelement in einem Meridionalschnitt betrachtet an die mindestens eine Einkoppelfläche des Lichtleiterelements zu zwei Seiten hin angrenzende Reflektorflächen aufweist. Die Reflektorflächen sind vorzugsweise sowohl im Meridionalschnitt als auch im Sagittalschnitt betrachtet eben ausgebildet. Selbstverständlich ist es jedoch möglich, die Reflektorflächen im Meridionalschnitt und/oder im Sagittalschnitt gewölbt oder in beliebiger sonstiger Weise auszugestalten. Die Reflektorflächen können als totalreflektierende Grenzflächen des Lichtleiterelements ausgebildet sein oder spiegelnde Eigenschaften aufweisen. Die Reflektorflächen sind derart angeordnet bzw. ausgerichtet, dass ein Abstand zwischen den Reflektorflächen mit zunehmender Entfernung von der Lichteinkoppelfläche zunimmt. Mit jeder Reflektion an den Reflektorflächen werden die Lichtstrahlen weiter gebündelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Einkoppelfläche eine Vorsatzoptik mit totalreflektierenden Eigenschaften als Kollimatorelement umfasst, so dass das mindestens eine Kollimatorelement integraler Bestandteil der mindestens einen Einkoppelfläche ist, wobei die mindestens eine Einkoppelfläche des Lichtleiterelements durch Einkoppelflächen der Vorsatzoptik und das mindestens eine Kollimatorelement durch eine zentrale Sammellinse der Vorsatzoptik und/oder totalreflektierende Grenzflächen der Vorsatzoptik gebildet ist. Vorzugsweise wird ein Strahlengang durch die Vorsatzoptik aufgeteilt und jeder Strahlengang gebündelt. So wird bspw. ein zentraler Strahlengang hauptsächlich beim Durchtritt durch die zentrale Sammellinse gebündelt. Ein den zentralen Strahlengang umgebender äußerer Strahlengang wird hauptsächlich durch Reflexion an den Grenzflächen gebündelt. Zusätzlich kann der geteilte Strahlengang durch Brechung an den Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen gebündelt werden. Bei einer Ausgestaltung der Lichteinkoppelfläche als Vorsatzoptik kann ein besonders hoher Anteil das von der Lichtquelle ausgesandten Lichts in das Lichtleiterelement eingekoppelt werden, was eine Erhöhung des Wirkungsgrads und der Effizienz bedeutet. Eine Vorsatzoptik als separates Bauteil einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung ist an sich beispielsweise aus der DE 10 2009 017 424 A1 bekannt. Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist die Vorsatzoptik vorzugsweise als integraler Bestandteil des Lichtleiterelements im Bereich der Lichteinkoppelfläche ausgebildet.
Sämtliche Reflektorflächen der genannten möglichen Ausgestaltungsformen des mindestens einen Kollimatorelements oder der Mittel zum Bündeln der ausgekoppelten Lichtstrahlen weisen vorzugsweise totalreflektierende Eigenschaften auf. Selbstverständlich wäre es jedoch unter Umständen auch denkbar, die Reflektorflächen als spiegelnde Flächen auszugestalten. Dazu könnte eine entsprechende spiegelnde Beschichtung auf den Reflektorflächen vorgesehen sein.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung kommen insbesondere beim Einsatz in einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung zum tragen. Besonders bevorzugt ist die Beleuchtungseinrichtung als eine Kraftfahrzeugleuchte ausgebildet. Hier ist der hohe Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung vorteilhaft, um auch mit relativ schwachen Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (LEDs), die gewünschten Leuchtenfunktionen mit den vorgeschriebenen oder gewünschten hohen Lichtstärkewerten zu realisieren. Dadurch ergeben sich besondere Vorteile, insbesondere hinsichtlich des Bauraumbedarfs, der Wärmeentwicklung und der Kosten der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere zur Realisierung einer Tagfahrlichtfunktion, einer Blinklichtfunktion, einer Begrenzungs- oder Standlichtfunktion oder einer beliebig anderen Leuchtenfunktionen eingesetzt werden.
Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine von der Beleuchtungseinrichtung nach dem Durchtritt durch die Mittel zum Bündeln erzeugte Lichtverteilung für Lichtstärken oberhalb von etwa 100 Candela (cd) und für eine Lichtquelle mit einem Lichtstrom von etwa 200 Lumen (lm) eine horizontale Streuung von etwa +/–25° aufweist. Darüber hinaus ist die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine von der Beleuchtungseinrichtung nach dem Durchtritt durch die Mittel zum Bündeln erzeugte Lichtverteilung für Lichtstärken oberhalb von etwa 100 cd und für eine Lichtquelle mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm eine vertikale Streuung von etwa –10° bis etwa +15° aufweist. Des weiteren ist die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein Beleuchtungsstärkemaximum einer von der Beleuchtungseinrichtung nach dem Durchtritt durch die Mittel zum Bündeln erzeugten Lichtverteilung für eine Lichtquelle mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm bei etwa 700 cd liegt. Schließlich ist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung derart ausgestaltet, dass ein Lichtstrommaximum einer von der Beleuchtungseinrichtung nach dem Durchtritt durch die Mittel zum Bündeln erzeugten Lichtverteilung für eine Lichtquelle mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm bei etwa 80 lm liegt. Damit ergibt sich ein optischer Wirkungsgrad von etwa 40%.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lichtleitelement-Anordnung und der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei sind die angegebenen Merkmale und Vorteile der Erfindung nicht auf die Kombination in den Ausführungsbeispielen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale und Vorteile der Erfindung auch einzeln oder in einer beliebig anderen als der beschriebenen Kombination für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sein. Die Figuren zeigen:
1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung;
2 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Lichtmoduls umfassend eine LED-Lichtquelle mit Kühlkörper und eine erfindungsgemäße Lichtleiterelement-Anordnung;
3 einen Meridionalschnittverlauf durch das Lichtleiterelement des Lichtmoduls aus 2;
4 einen Sagittalschnittverlauf durch das Lichtleiterelement des Lichtmoduls aus 2;
5 einen Strahlengang im Meridionalschnitt des Lichtmoduls aus 3;
6 einen vergrößerten Ausschnitt VI einer Lichtauskoppelfläche des Lichtleiterelements aus 5;
7 einen Strahlengang im Sagittalschnitt des Lichtmoduls aus 4;
8–11 verschiedene Ausführungsformen eines Kollimatorelements des Lichtleiterelements des Lichtmoduls aus 2;
11a einen vergrößerten Ausschnitt XIa einer Lichteinkoppelfläche des Lichtleiterelements aus 11;
12 ein Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls mit einer LED-Lichtquelle mit Kühlkörper und einer erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung und mit im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordneten optisch wirksamen Mitteln zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts;
13–16 jeweils eine Schnittansicht entlang der Linie B-B aus 12 mit verschiedenen Ausführungsformen der Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts;
17 ein Ausführungsbeispiel einer als Ringlichtleiter ausgebildeten erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung;
18 der Ringlichtleiter aus 17 mit LED-Lichtquelle und Kühlkörper;
19 das Lichtmodul aus 18 mit beispielhaft eingezeichnetem Strahlengang;
20 eine Ansicht des Lichtmoduls aus 18 entgegen einer Lichtaustrittsrichtung des Lichtleitelements betrachtet;
21 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C des Lichtmoduls aus 20; und
22 das Lichtmodul aus 21 mit beispielshaft eingezeichnetem Strahlengang.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. Das Gehäuse 2 weist in einer Lichtaustrittsrichtung 3 eine Lichtaustrittsöffnung 4 auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 5 verschlossen ist, um das Gehäuseinnere vor Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen. Die Abdeckscheibe 5 kann zumindest bereichsweise mit lichtablenkenden Elementen, beispielsweise Prismen, Linsen im Allgemeinen und Zylinderlinsen im Speziellen und/oder Kissenoptiken versehen sein, um hindurchtretendes Licht in horizontaler und/oder vertikaler Richtung zu streuen. Vorzugsweise ist die Abdeckscheibe 5 jedoch als eine klare Scheibe ohne lichtablenkende Elemente ausgebildet.
Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Lichtmodul zur Erzeugung einer gewünschten Leuchtenfunktion angeordnet, dass in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet ist. Das Lichtmodul 6 umfasst mindestens eine Lichtquelle 7, die vorzugsweise als eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere als eine Leuchtdiode (LED), ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst das Lichtmodul mindestens eine Lichtleiterelement-Anordnung, die ein plattenförmiges Lichtleiterelement 8 aus einem transparenten Werkstoff aufweist. Das Lichtleiterelement 8 besteht vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff, insbesondere organischem Glas. Organische Gläser sind beispielsweise Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Cycloolefin Polymer (COP), Cycloolefin Copolymer (COC), Polymethacrylmethylimid (PMMI) oder Polysulfon (PSU). Das Lichtleiterelement 8 hat einen weitgehend rechteckigen Querschnitt (vgl. Schnitt B-B der 13 bis 16). Schließlich umfasst die Lichtleiterelement-Anordnung auch noch optisch wirksame Mittel 9 zur Strahlformung. In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist bei dem Lichtmodul 6 das plattenförmige Lichtleiterelement 8 eben ausgebildet. Das Lichtmodul 6 kann alleine in dem Gehäuse 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 angeordnet sein. In diesem Fall wäre die Beleuchtungseinrichtung 1 dann beispielsweise als eine Kraftfahrzeugleuchte, insbesondere zur Erzeugung einer Tagfahrlichtfunktion, einer Blinklichtfunktion, einer Stand- oder Begrenzungslichtfunktion oder einer beliebig anderen Leuchtenfunktion, ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Lichtmodul 6 kann in dem Gehäuse 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 auch ein Lichtmodul 6' angeordnet sein, das ein gebogenes Lichtleiterelement 8' aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Lichtmoduls 6' ist das Lichtleiterelement 8' kreisförmig gebogen. Es wäre aber auch denkbar, dass die dargestellte Kreisform durch mehrere gebogene Lichtleiterteilelemente 8' erzeugt wird. Dem Lichtleiterelement 8' sind in Lichtaustrittsrichtung 3 Mittel 9' zur Strahlformung, insbesondere Mittel zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts, zugeordnet. Auch die Mittel 9' zum Bündeln des Lichts sind gebogen ausgestaltet. Das gebogene Lichtleiterelement 8' sowie die gebogenen Mittel 9' zum Bündeln des Lichts können um ein beliebiges Scheinwerferelement 10 eines Scheinwerfermoduls der Beleuchtungseinrichtung 1 angeordnet sein. Das Scheinwerferelement 10, das durch das gebogene Lichtleiterelement 8' und die gebogenen Mittel 9' zum Bündeln des Lichts ganz oder teilweise umgeben ist, ist beispielsweise ein Reflektor (bei einem nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden Scheinwerfermodul) oder eine Projektionslinse (bei einem nach dem Projektionsprinzip arbeitenden Scheinwerfermodul) eines Abblendlicht- oder Fernlichtscheinwerfers. In diesem Fall wäre die Beleuchtungseinrichtung 1 dann als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet.
In 2 ist das Lichtmodul 6 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 aus 1 mit dem ebenen Lichtleiterelement 8 im Detail dargestellt. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 7 ist auf einem Trägerelement 11 angeordnet und befestigt und über dieses elektrisch kontaktiert. Das Trägerelement 11 umfasst Leiterbahnen und möglicherweise sogar elektronische Bauelemente einer Ansteuerschaltung für die Halbleiterlichtquelle 7. Das Trägerelement 11 ist seinerseits auf einem Kühlkörper 12 befestigt, der zur besseren Ableitung der durch die Halbleiterlichtquelle 7 während ihres Betriebs erzeugten Wärme oberflächenvergrößernde Bereiche aufweist, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kühlrippen ausgebildet sind. Der Kühlkörper 12 besteht vorzugsweise aus Metall, vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss.
Das plattenförmige Lichtleiterelement 8 weist mindestens eine, der Halbleiterlichtquelle 7 zugewandte Lichteunkoppelfläche 13 auf, über die zumindest ein Teil des von der Halbleiterlichtquelle 7 ausgesandten Lichts eingekoppelt wird. Die Lichteinkoppelfläche 13 verlauft vorzugsweise senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung 24 (vgl. 5) der Halbleitlichtquelle 7, sie kann aber auch zu der Hauptabstrahlrichtung 24 geneigt sein. Ferner umfasst das Lichtleiterelement 8 seitliche Grenzflächen 14 mit totalreflektierenden Eigenschaften zur Reflexion zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts. An den Grenzflächen 14 werden vor allem flach auftreffende Lichtstrahlen durch Totalreflexion reflektiert. Des Weiteren umfasst das Lichtleiterelement 8 mindestens ein Kollimatorelement 15 zum Bündeln zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts. Außerdem weist das Lichtleiterelement 8 eine Lichtaustrittsfläche 16 auf, durch die steil auftreffende Lichtstrahlen ausgekoppelt werden. Schließlich umfasst das Lichtleiterelement 8 mindestens eine Lichtauskoppelfläche 17 zum Umlenken zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts in Richtung der Lichtaustrittsfläche 16. Die Lichtauskoppelfläche 17 umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Reflektorflächen oder Umlenkspiegeln 20 (vgl. 5) oder anderer Auskoppelelemente (z. B. Auskoppelprismen), die das Licht in Richtung der Lichtaustrittsfläche 16 umlenken. Die Reflexion des Lichts an der Lichtauskoppelfläche 17 kann entweder durch normale Spiegelung oder aber auch durch Totalreflexion erfolgen. Bei einer Reflexion durch Spiegelung ist die Außenseite des Lichtleiterelements 8 im Bereich der Lichtauskoppelfläche 17 vorzugsweise mit einer spiegelnden Beschichtung versehen. Im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts sind die optisch wirksamen Mittel 9 zur Strahlformung angeordnet. Die Mittel 9 zum Bündeln des Lichts sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Zylinderlinse ausgebildet. Eine erfindungsgemäße Lichtleiterelement-Anordnung umfasst mindestens eines der beschriebenen Lichtleitelemente 8 sowie eines oder mehrere der Mittel 9 zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts.
Für die weitere Erläuterung der vorliegenden Erfindung ist eine Definition eines Meridionalschnitts durch das Lichtleiterelement 8 sowie eines Sagittalschnitts von Bedeutung. 3 zeigt einen Verlauf eines Meridionalschnitts 18 entlang einer Längserstreckung des Lichtleiterelements 8. 4 zeigt den Verlauf eines Sagittalschnitts 19 entlang einer Quererstreckung des Lichtleiterelements 8. Der Meridionalschnitt 18 und der Sagittalschnitt 19 verlaufen senkrecht zueinander. Sowohl der Meridionalschnitt 18 als auch der Sagittalschnitt 19 enthalten die optischen Achsen des Lichtleiterelements 8. Das Lichtleiterelement 8 umfasst verschiedene optische Achsen, beispielsweise die Hauptabstrahlrichtung 24 (vgl. 5) der Halbleiterlichtquelle 7 (ein erster Bereich 19a des Sagittalschnitts 19), die einer Lichteinkoppelrichtung des Lichts in das Lichtleiterelement 8 entspricht, eine optische Achse 21 (vgl. 5) des Lichtleiterelements 8 (ein zweiter Bereich 19b des Sagittalschnitts 19), sowie die verschiedenen Richtungen 3 (vgl. 5) der Lichtauskopplung (ein dritter Bereich 19c des Sagittalschnitts 19).
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung anhand der 5 bis 7 näher beschrieben. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 7 sendet ein Lichtbündel in einer Hauptabstrahlrichtung 24 in den 180°-Halbraum oberhalb der Lichtquelle 7 aus. Zumindest ein Teil der ausgesandten Lichtstrahlen tritt als divergentes Strahlbündel durch die Lichteinkoppelfläche 13 in das Lichtleiterelement 8 ein und trifft dann auf das mindestens eine Kollimatorelement 15. Beim Eintritt der Lichtstrahlen in das Lichtleiterelement 8 wird das Licht an der Einkoppelfläche 13 gebrochen. Durch das Kollimatorelement 15 wird das zunächst divergente Strahlenbündel im Meridionalschnitt 18 bestmöglich kollimiert (parallelisiert), d. h. die Diagonale des Strahlenbündels wird reduziert. Der entsprechende Strahlengang im Meridionalschnitt 18 ist in 5 gezeigt. Das Kollimatorelement 15 ist vorzugsweise als eine Reflektorfläche ausgebildet, an der auftreffende Lichtstrahlen mittels Totalreflexion reflektiert werden. Selbstverständlich kann das Kollimatorelement 15 auch beliebig anders ausgebildet sein, was weiter unten anhand der 8 bis 11 näher erläutert wird.
Die auf diese Weise gerichteten Lichtstrahlen breiten sich im Meridionalschnitt 18 des Lichtleiterelements 8 weitgehend geradlinig aus und treffen überwiegend ohne eine Reflexion an Seitenwänden 14 des Lichtleiterelements 8 anschließend auf die Lichtauskoppelfläche 17 bzw. die dort ausgebildeten treppenstufenförmig angeordnete Reflektorflächen/Umlenkspiegel 20 (vgl. 6). Die Umlenkspiegel 20 sind um etwa 45° zur Haupt-Lichtaustrittsrichtung 3 bzw. zur optischen Achse 21 des Lichtleiterelements 8 geneigt. Die Lichtauskoppelfläche 17 lenkt den Strahlengang um etwa 90° um, so dass die umgelenkten Lichtstrahlen durch eine als Lichtaustrittsfläche 16 dienende Seitenfläche des Lichtleiterelements 8 ausgekoppelt werden. Die über die Lichtauskoppelfläche 16 aus dem Lichtleiterelement 8 ausgekoppelten Lichtstrahlen treten im Wesentlichen senkrecht durch die Auskoppelfläche 16 hindurch. Die ausgekoppelten Lichtstrahlen treten dann im Meridionalschnitt 18 (vgl. 5) im Wesentlichen gerade durch die Zylinderlinse 9 hindurch, so dass im Meridionalschnitt 18 praktisch keine Bündelung oder allenfalls nur eine geringe Bündelung des durch die Zylinderlinse 9 hindurchtretenden Lichts erfolgt. Die Zylinderlinse 9 hat somit im Meridionalschnitt 18 auf die hindurchtretenden Lichtstrahlen keine fokussierende Wirkung.
7 zeigt das Lichtmodul 6 aus 2 in einem Sagittalschnitt 19 gemäß 4 mit einem beispielhaft eingezeichneten Verlauf der Lichtstrahlen. Die von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 7 ausgesandten Lichtstrahlen werden beim Eintritt in das Lichtleiterelement 8 an der Einkoppelfläche 13 gebrochen und das divergente Strahlbündel im Lichtleiterelement 8 durch eine Vielzahl von Totalreflexionen zwischen den beiden näherungsweise parallelen Seitenflächen 14 des Lichtleiterelements 8 weitergeleitet. Von den Totalreflexionen ist in 7 lediglich eine kleine Auswahl eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet. Im Sagittalschnitt 19 wird das eingekoppelte Licht also zwischen zwei weitgehend parallelen Flächen 14 in der für Lichtleiter typischen Weise mittels vielfacher Totalreflexionen geführt. Die Lichtstrahlen treffen schließlich auf die Lichtauskoppelfläche 17 bzw. die Reflektoren/Umlenkspiegel 20, werden in Richtung der Lichtaustrittsfläche 16 umgelenkt und treten durch diese aus dem Lichtleiterelement 8 aus.
Der Durchtritt der Lichtstrahlen durch die Austrittsfläche 16 erfolgt dabei im Sagittalschnitt 19 betrachtet schräg oder geneigt zu der Fläche 16, so dass das ausgekoppelte Licht im Sagittalschnitt 19 ein divergentes Lichtbündel bildet. Die in Lichtaustrittsrichtung 3 dem Lichtleiterelement 8 nachgeordnete Sammellinse 9 bündelt die ausgekoppelten Lichtstrahlen. Der Öffnungswinkel der über die Lichtauskoppelfläche 16 aus dem Lichtleiterelement 8 austretenden Lichtbündel ist in 7 mit α bezeichnet. Der Öffnungswinkel des durch die Zylinderlinse 9 gebündelten Lichtbündels ist mit dem Bezugszeichen β bezeichnet. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Öffnungswinkel der Lichtbündel nach der Bündelung durch die Zylinderlinse 9 deutlich kleiner ist als vor der Bündelung (β > α).
Das Lichtmodul 6 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 hat den Vorteil, dass es aufgrund des sehr gerichteten Strahlengangs im Meridionalschnitt 18 (vgl. 5) durch gezielte Abstimmung des Kollimatorelements 15 und der Auskoppelfläche 17 möglich ist, eine sehr gute Homogenität im Erscheinungsbild des Lichtleiterelements 8 zu erreichen. Die Bündelung der Lichtstrahlen durch die Zylinderlinse 9 im Sagittalschnitt 19 bewirkt eine Fokussierung und damit eine Verbesserung des optischen Wirkungsgrads des Lichtmoduls 6. Besonders vorteilhaft ist zudem, dass das Lichtleiterelement 8 des Lichtmoduls mit besonders kleinen Wandstärken (Abstand zwischen den Seitenflächen 14) realisiert werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung ist es möglich, das Bündel des eingekoppelten Lichts im Meridionalschnitt 18 mit Hilfe des Kollimatorelements 15 am Lichtleitereingang 13 gut zu bündeln, während im Sagittalschnitt 19 weitgehend keine Fokussierung innerhalb des Lichtleiterelements 8 stattfindet. In den 8 bis 11 sind beispielhaft verschiedene Ausführungsformen und mögliche Ausgestaltungen des Kollimatorelements 15 dargestellt. Die 8 bis 11 zeigen jeweils ein Lichtmodul 6 im Meridionalschnitt 18.
Die Ausführungsform der 8 entspricht im Wesentlichen derjenigen der zuvor beschriebenen 2 bis 7. Gemäß 8 ist eine im Strahlenverlauf der Lichteinkoppelfläche 13 nachgeordnete reflektierende Kollimatorfläche 15 vorgesehen. Es ist in 8 deutlich zu erkennen, dass die Kollimatorfläche 15 im Meridionalschnitt 18 parabelförmig ausgebildet ist. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 7 ist vorzugsweise genau auf oder in der Nähe eines Brennpunkts der parabelförmigen Kollimatorfläche 15 positioniert. Die Hauptabstrahlrichtung 24 verläuft schräg zu einer durch den Brennpunkt verlaufenden Symmetrieebene 25 der parabelförmigen Kollimatorfläche 15. In einem Schnitt A-A betrachtet kann die Kollimatorfläche 15 eben, gekrümmt, oder in beliebig anderer Weise ausgestaltet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kollimatorfläche 15 im Schnitt A-A eine Dreiecksform auf, wobei die Schenkel des Dreiecks durch zwei einander zugewandte Kollimatorteilflächen 15', 15'' gebildet sind. Die beiden Kollimatorteilflächen 15', 15'' sind im Schnitt A-A vorzugsweise eben ausgebildet und in einem Winkel von vorzugsweise > 45°, aber < 90° zueinander angeordnet. Selbstverständlich können die Kollimatorteilflächen 15', 15'' auch anders ausgebildet sein, beispielsweise konkav oder konvex gewölbt, oder in einem anderen Winkel relativ zueinander angeordnet sein. Die Reflexion der Lichtstrahlen an den Kollimatorflächen 15; 15', 15'' kann mittels einer herkömmlichen Spiegelreflexion oder mittels Totalreflexion erfolgen. Im Falle einer Spiegelreflexion sind die Kollimatorflächen 15; 15', 15'' zumindest teilweise metallisiert oder mit einer anderen spiegelnden Beschichtung versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 9 ist das Kollimatorelement 15 bzw. ein Teil des Kollimatorelements 15 als eine konvex gewölbte Lichteinkoppelfläche 13 ausgebildet. Die Lichteinkoppelfläche 13 bildet also eine konvexe Sammellinsenfläche, so dass die eingekoppelten Lichtstrahlen gleich beim Eintritt in das Lichtleiterelement 8 kollimiert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kollimatorfläche 15 integraler Bestandteil der Lichteinkoppelfläche 13.
Alternativ kann das Kollimatorelement 15, wie beispielsweise in 10 gezeigt, auch mehrere Reflektorflächen umfassen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Reflektorflächen 15 im Meridionalschnitt 18 zu beiden Seiten der Lichteinkoppelfläche 13. Die Reflektorflächen 15 sind im Meridionalschnitt 18 vorzugsweise eben ausgebildet. Sie sind derart schräg zueinander angeordnet, dass ein Abstand zwischen den beiden Reflektorflächen 15 ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 13 mit zunehmender Entfernung von der Einkoppelfläche 13 zunimmt. Zumindest ein Teil des über die Lichteinkoppelfläche 13 in das Lichtleiterelement 8 eingekoppelten zunächst divergenten Lichts wird an den schrägstehenden Reflektorflächen 15 reflektiert und dabei mit jeder Reflexion in zunehmendem Maße gebündelt, so dass die Lichtstrahlen schließlich beim Übergang in das eigentliche Lichtleiterelement 8 weitgehend parallelisiert sind. Die Reflexion an den Reflektorflächen 15 kann mittels einer Totalreflexion oder alternativ mittels einer herkömmlichen Spiegelreflexion erfolgen. Im Falle einer Totalreflexion sind die Reflektorflächen 15 als Grenzflächen eines transparenten Glas- oder Kunststoffkörpers ausgebildet. Der Glas- oder Kunststoffkörper kann aus Glas, organischem Glas oder einem beliebig anderen transparenten Kunststoff bestehen.
Schließlich ist bei dem Ausführungsbeispiel der 11 das Kollimatorelement 15 zumindest teilweise integraler Bestandteil der Lichteinkoppelfläche 13. Insbesondere ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 11, das ausschnittsweise vergrößert in 11a gezeigt ist, im Bereich der Lichteinkoppelfläche 13 eine sogenannte Vorsatzoptik aus transparentem Material mit totalreflektierenden Eigenschaften ausgebildet. Die Vorsatzoptik ist somit integraler Bestandteil des Lichtleiterelements 8. Sie umfasst eine der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 7 zugewandte Vertiefung 26, deren Begrenzungsflächen die Lichteinkoppelflächen 13', 13'' der Vorsatzoptik bilden. Ferner umfasst die Vorsatzoptik seitliche, schräg stehende Grenzfläche 15a, an denen flach auftreffende Lichtstrahlen mittels Totalreflexion reflektiert werden. Zumindest ein Teil des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 7 ausgesandten Lichts wird über die die Aussparung 26 seitlich begrenzende Lichteinkoppelflächen 13' in die Vorsatzoptik und damit in das Lichtleiterelement 8 eingekoppelt. Die über die seitlichen Lichteinkoppelflächen 13' eingekoppelten Lichtstrahlen werden beim Eintritt in die Vorsatzoptik gebrochen, dann an den Grenzflächen 15a der Vorsatzoptik reflektiert, und weitgehend parallelisiert in das eigentliche Lichtleiterelement 8 gelenkt.
Andere von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 7 ausgesandte Lichtstrahlen, insbesondere die in etwa in Hauptabstrahlrichtung 24 der Halbleiterlichtquelle 7 ausgesandten Lichtstrahlen, treten über eine weitere Lichteinkoppelfläche 13'' in die Vorsatzoptik bzw. das Lichtleiterelement 8 ein. Die weitere Lichteinkoppelfläche 13'' ist als eine Sammellinsenfläche 15b ausgebildet. Beim Durchtritt durch die Sammellinsenfläche 15b werden die Lichtstrahlen weitgehend parallelisiert. Bei dieser Ausführungsform wird also das Kollimatorelement 15 durch eine Kombination der totalreflektierenden Grenzflächen 15a (Reflexion) und der Sammellinsenflächen 15b (Brechung) gebildet. Gemäß der Ausführungsform aus 11a ist also das Kollimatorelement 15 durch die zentrale Sammellinse 15b der Vorsatzoptik und/oder die totalreflektierenden Grenzflächen 15a der Vorsatzoptik gebildet. Der von der Lichtquelle 7 ausgesandte Strahlengang wird durch die Vorsatzoptik aufgeteilt und jeder Strahlengang gebündelt. Ein zentraler Strahlengang entlang der optischen Achse 24 wird hauptsächlich beim Durchtritt durch die zentrale Sammellinse 15b gebündelt. Ein den zentralen Strahlengang umgebender äußerer Strahlengang wird hauptsächlich durch Reflexion an den Grenzflächen 15a gebündelt. Zusätzlich kann der geteilte Strahlengang durch Brechung an den Lichteintrittsflächen 13', 13'' gebündelt werden.
12 zeigt ein Lichtmodul 6 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, das im Wesentlichen den in den 2 und 8 gezeigten Ausführungsformen entspricht. Die 13 bis 16 zeigen Schnittansichten entlang der Linie B-B aus 12 durch die erfindungsgemäße Lichtleiterelement-Anordnung. Die Schnittansichten B-B entsprechen dem dritten Bereich 19c des Sagittalschnitts 19 aus den 4 und 7. Die verschiedenen, in den 13–16 gezeigten Ausführungsformen des dargestellten Lichtmoduls 6 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Ausgestaltung der Mittel 9 zum Bündeln der über die Lichtaustritts-fläche 16 aus dem Lichtleiterelement 8 ausgetretenen Lichtstrahlen. Alle Bündelungsmittel 9 sind derart ausgebildet, dass sie die hindurch tretenden Lichtstrahlen im Meridionalschnitt 18 praktisch nicht bündeln, sondern nur im Sagittalschnitt 19 eine Fokussierung bewirken. Die Mittel 9 erstrecken sich im Meridionalschnitt 18 betrachtet (vgl. 12) vorzugsweise entlang der gesamten Lichtaustrittsfläche 16 des Lichtleiterelements 8.
Bei dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Mittel 9 zum Bündeln als eine Sammellinse, insbesondere als eine Zylinderlinse, ausgebildet, die das aus dem Lichtleiterelement 8 über die Lichtaustrittsfläche 16 ausgetretenen Licht in der Schnittebene B-B bzw. im Sagittalschnitt 19 bündelt. Das aus der Lichtaustrittsfläche 16 ausgetretene Lichtbündel hat im Schnitt B-B einen Öffnungswinkel von etwa +/–40°. Durch die Sammellinsen 9 wird das Lichtbündel gebündelt, so dass es nach dem Durchtritt durch die Sammellinse 9 einen geringeren Öffnungswinkel, beispielsweise einen Öffnungswinkel von +/–20°, aufweist. Statt einer sammelnden Zylinderlinse 9 könnte auch ein Sammellinsenarray eingesetzt werden, welches das austretende Lichtbündel im Sagittalschnitt 19 fokussiert.
Bei dem Ausführungsbeispiel aus 14 erfolgt eine Bündelung der ausgekoppelten Lichtstrahlen durch kollimierende Reflektorflächen 9'. Die Reflektorflächen 9' sind einander zugewandt beidseits der Lichtaustrittsfläche 16 angeordnet. Sie verlaufen schräg zueinander, wobei sich ein Abstand der Reflektorflächen 9' zueinander ausgehend von der Lichtaustrittsfläche 16 des Lichtleiterelements 8 mit zunehmendem Abstand von der Lichtaustrittsfläche 16 vergrößert. Eine solche Ausgestaltung der Mittel 9 zum Bündeln der ausgekoppelten Lichtstrahlen führt zu einer Bündelung der Lichtstrahlen ausschließlich im Sagittalschnitt 19 bzw. im Schnitt B-B. Die Reflexion an den Reflektorflächen 19' erfolgt vorzugsweise durch eine herkömmliche Spiegelreflexion.
Bei dem Ausführungsbeispiel aus 15 sind ähnliche Reflektorflächen 9'' zur Bündelung der ausgekoppelten Lichtstrahlen vorgesehen, wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 14. Allerdings sind in 15 die Reflektorflächen 9'' als totalreflektierende Grenzflächen eines Glas- oder Kunststoffkörpers ausgebildet, der vorzugsweise in einem Abstand zu der Lichtaustrittsfläche 16 in Lichtaustrittsrichtung 3 betrachtet der Lichtaustrittsfläche 16 nachgeordnet ist.
Da die Lichtaustrittsfläche 16 des Lichtleiterelements 8 nicht als totalreflektierende Fläche benötigt wird, kann der genannte Glas- oder Kunststoffkörper auch einstückig mit dem Lichtleiterelement 8 ausgebildet werden, wodurch die Herstellung der Lichtleiterelement-Anordnung bzw. des gesamten Lichtmoduls 6 deutlich vereinfacht wird. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in 16 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der 16 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der 15 mit totalreflektierenden Grenzflächen 9'', wobei der Glas- oder Kunststoffkörper integraler Bestandteil des Lichtleiterelement 8 ist und im Bereich einer imaginären Lichtauskoppelfläche 16' nahtlos in das Lichtleiterelement 8 übergeht. Bei dieser Ausführungsform sind also die Mittel 9 zum Bündeln der hindurchtretenden Lichtstrahlen sowie das Lichtleiterelement 8 einstückig ausgebildet.
Durch die beschriebenen Maßnahmen können bei der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung die Vorteile eines bekannten Lichtleiter eines ersten Typs 1 (vgl. bspw. EP 0 515 921 A2 ) mit denen eines herkömmlichen Lichtleiters vom Typ 2 (vergl. GB 2 274 158 A , GB 2 180 051 A , oder EP 0 830 984 A2 ) kombiniert werden. Das Lichtleiterelement 8 der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung bietet eine große Gestaltungsfreiheit durch Mehrfachreflexionen im Sagittalschnitt 19 und eine gute optische Effizienz durch eine starke Fokussierung im Meridionalschnitt 18. Die dem Lichtleiterelement 8 nachgeordnete Sammel- oder Bündelungsoptik 9, 9', 9'' bewirkt eine deutliche Erhöhung der Effizienz des optischen Systems.
Die 17 bis 22 zeigen verschiedenen Ansichten eines Lichtmoduls 6' mit einem im Wesentlichen kreisringförmig gekrümmten Lichtleiterelement 8 und entsprechend kreisringförmig ausgebildeten Bündelungsmitteln 9. Ein solches Lichtmodul 6' kann beispielsweise in der Beleuchtungseinrichtung 1 aus 1 Anwendung finden, um ein beliebiges Scheinwerferelement 10 (z. B. einen Reflektor eines nach dem Reflexionsprinzip ausgebildeten Scheinwerfermoduls oder eine Projektionslinse eines nach dem Projektionsprinzip ausgebildeten Scheinwerfermoduls) ringförmig zu umgeben. Der Lichtleitring kann dadurch erzeugt werden, dass sowohl ein Lichtleiterelement 8 als auch die entsprechenden Bündelungsmittel 9 im Sagittalschnitt 19 gekrümmt werden. Das Lichtleiterelement 8 der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung kann im Sagittalschnitt 19 betrachtet stark gekrümmt ausgebildet werden, da das Lichtleitelement 8 im Sagittalschnitt 19 durch zwei zueinander im Wesentlichen parallele Flächen 14 mit einem relativ geringen Abstand zueinander begrenzt wird (also in der Quererstreckung eine geringe Materialstärke aufweist), so dass mit dem Lichtleiterelement 8 problemlos hocheffiziente Ringlichtleiter realisiert werden können, wie sie in den 17 bis 22 dargestellt sind.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Lichtleiterelement-Anordnung nicht nur kreisförmig, sondern in beliebig anderer Weise im Sagittalschnitt 19 gekrümmt werden, bspw. wellenförmig, C- oder U-förmig, um beliebigen Konturen oder Verläufen in einem Scheinwerfergehäuse 2 oder an einem Kraftfahrzeug zu folgen.
Der Ringlichtleiter der 17 bis 22 umfasst zwei jeweils halbkreisförmig gebogene Lichtleiterelemente 8. Jedes der Lichtleiterelemente 8 umfasst eine Einkoppelfläche 13 sowie eine dieser zugeordnete Kollimatorfläche 15. Der Ringlichtleiter umfasst somit an beiden Lichtleiterenden jeweils eine Lichteinkoppelfläche 13, insgesamt also zwei Lichteinkoppelflächen 13 und zwei diesen zugeordnete Kollimatorflächen 15. Jeder der Lichteinkoppelflächen 13 ist mindestens eine Halbleiterlichtquelle 7 zugeordnet. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass dem Ringlichtleiter eine Lichtquelle 7 oder eine Gruppe mehrerer Lichtquellen 7 (z. B. ein LED-Array) zugeordnet ist, die gleichzeitig Licht in beide Einkoppelflächen 13 speist. Beiderseits des Ringlichtleiters sind Auskoppelflächen 17 mit treppenstufenförmig ausgebildeten Umlenkspiegeln 20 ausgebildet, die das eingekoppelte Licht um etwa 90° in die Lichtaustrittsrichtung 3 des Lichtmoduls 6' nach vorne umlenken, so dass die Lichtstrahlen aus dem Lichtleiterelement 8 austreten.
Die Bündelungsmittel 9'' sind bei dem Lichtleitring in der dargestellten Ausführungsform entsprechend der Ausführungsform aus 15 oder 16 ausgebildet. Sie können getrennt von dem Lichtleiterelement 8 ausgebildet sein (vgl. 15). Falls das Lichtleiterelement 8 und die Bündelungsmittel 9 als separate Teile ausgebildet sind, kann zwischen der Lichtaustrittsfläche 16 des Lichtleiterelements 8 und dem Glas- oder Kunststoffkörper mit den fokussierenden Reflektorflächen 9'' ein Luftspalt ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Lichtaustrittsfläche 16 ohne Luftspalt in die Bündelungsmittel 9'' übergeht. Die Bündelungsmittel 9 können aber auch als integraler Bestandteil des Lichtleiterelements 8 (vgl. 16) einstückig mit diesem ausgebildet sein. In diesem Fall erweitert sich in Abstrahlrichtung 3 betrachtet der Querschnitt (Abstand der Seitenwänden 14) des Lichtleiterelements 8 trichterförmig zu einer Austrittsfläche 9a des Glas- oder Kunststoffkörpers hin, so dass sich radial nach innen und radial nach außen gerichtete kreis- oder kreisabschnittsförmige kollimierende Reflektorflächen 9'' ergeben. Ein trichterförmiger Lichtleiterquerschnitt im Bereich der Bündelungsmittel 9'' ist in 17 mit dem Bezugszeichen 9b bezeichnet. Die Reflektorflächen 9'' bündeln in radialer Richtung das aus dem Lichtleiterelement 8 stammende Licht nach dem Umlenken durch die Lichtauskoppelflächen 17. Somit weist das über die ringförmige vordere Austrittsfläche 9a der Bündelungsmittel 9'' ausgesandte Licht in radialer Richtung einen relativ kleinen Öffnungswinkel auf.
Mit dem in den 17 bis 22 dargestellten Lichtleiterring in Verbindung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle 7 kann eine optische Effizienz des Gesamtsystems 6 von etwa 40% bis 45% erreicht werden, während konventionelle Lichtleiterringe vom Typ 1 mit vergleichbaren Abmessungen und gleichartiger Lichtquelle optische Wirkungsgrade von lediglich etwa 15% erreichen können. Durch die geringe Wandstärke (Profilhöhe) des Lichtleiterquerschnitts, das heißt durch den geringen Abstand zwischen den im Wesentlichen parallelen Seitenwänden 14 des Lichtleiterelements 8, kann das Lichtleiterelement 8 sehr gut und kostengünstig im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Die 21 und 22 zeigen eine Schnittansicht entlang eines Schnitts C-C aus 20 durch das Lichtmodul 6'.
Das Lichtleiterelement 8 weist im Bereich der Austrittsfläche 9a eine trichterförmige Querschnittsaufweitung 9b auf. Die dadurch gebildeten Reflektorflächen 9'' bündeln das Licht aus dem Lichtleiterelement 8 in radialer Richtung. 21 zeigt das Lichtmodul 6' in unbeleuchtetem Zustand, und 22 das Lichtmodul 6' mit beispielshaft eingezeichnetem Strahlengang.
Das vorgeschlagene Lichtleiterelement 8 eignet sich für alle Arten von streifen- oder ringförmigen Tagfahr-, Blink- und Begrenzungslichtern mit beliebigen Lichtquellen 7, vorzugsweise mit Halbleiterlichtquellen, insbesondere LED-Lichtquellen. Insbesondere kann das Lichtleiterelement 8 gerade oder gebogen ausgebildet sein. Aufgrund der hohen optischen Effizienz der Lichtleiterelement-Anordnung und damit auch des Lichtmoduls 6, 6' ist auch ein Einsatz als LED-Grundlicht (zur Erzeugung von Grundlichtfunktionen wie beispielsweise Abblendlicht oder Fernlicht) oder LED-Nebellicht denkbar. Ebenso können nach dem beschriebenen Prinzip alle Rückleuchten- oder Seitenleuchten-Lichtfunktionen realisiert werden. Die keilförmige Lichtleitergeometrie (vergl. 2, 8 und 12) mit den treppenförmig angeordneten Auskoppelelementen 20 der Auskoppelfläche 17, die besonderen Geometrien der Kollimatorelemente 15 im Bereich der Lichtleitereinkopplung 13 zur Bündelung, insbesondere zur Parallelisierung des eingekoppelten Lichts im Meridionalschnitt 18 sind typisch für das Lichtleiterelement 8 der erfindungsgemäßen Lichtleiterelement-Anordnung. Das gleiche gilt für die der Lichtaustrittsfläche 16 nachgeordneten Bündelungsmittel 9 in Form von Reflektorflächen oder Zylinderlinsen, welche das hindurchtretende Licht überwiegend im Sagittalschnitt fokussieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0515921 A2 [0006, 0067]
EP 0830984 A2 [0007, 0067]
GB 2180051 A [0007, 0067]
GB 2274158 A [0007, 0067]
DE 10040302 A1 [0008]
DE 102005038830 A1 [0008]
DE 102009017424 A1 [0023]

Claims

Lichtleiterelement-Anordnung zur Verwendung in einem Lichtmodul (6; 6') einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (1), die Lichtleiterelement-Anordnung umfassend: – mindestens ein plattenförmiges Lichtleiterelement (8) mit einer Längserstreckung und einer Quererstreckung und mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche (13) zum Einkoppeln zumindest eines Teils des ausgesandten Lichts, Grenzflächen (14) mit totalreflektierenden Eigenschaften zur Reflexion zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts, mindestens einem Kollimatorelement (15) zum Bündeln zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts, mindestens einer Lichtaustrittsfläche (16), durch die in einem bestimmten Winkel auftreffende Lichtstrahlen ausgekoppelt werden, und mindestens einer Lichtauskoppelfläche (17) zum Umlenken zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts auf die Lichtaustrittsfläche (16), und – im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordnete optisch wirksame Mittel (9) zur Strahlformung, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) das eingekoppelte Licht in einem entlang der Längserstreckung des Lichtleiterelements (8) verlaufenden Meridionalschnitt (18) betrachtet stärker bündelt als in einem entlang der Quererstreckung des Lichtleiterelements (8) verlaufenden Sagittalschnitt (19) betrachtet und dass die im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordneten optisch wirksamen Mittel (19) das hindurchtretende Licht im Sagittalschnitt (19) stärker bündeln als in dem Meridionalschnitt (18).
Lichtleiterelement-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) das eingekoppelte Licht in einem Meridionalschnitt (18) betrachtet weitgehend parallel bündelt.
Lichtleiterelement-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleiterelement (8) derart ausgebildet ist, dass das eingekoppelte Licht in einem Sagittalschnitt (19) betrachtet durch Reflexion an gegenüberliegenden seitlichen Grenzflächen (14) des Lichtleiterelements (8) in Längserstreckung durch das Lichtleiterelement (8) bis zum Auftreffen auf die mindestens eine Lichtauskoppelfläche (17) transportiert wird.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts entlang der gesamten Lichtaustrittsfläche (16) des Lichtleiterelements (8) angeordnet sind.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts separat von dem plattenförmigen Lichtleiterelement (8) ausgebildet sind.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts als integraler Bestandteil des plattenförmigen Lichtleiterelements (8) ausgebildet sind.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts eine Zylinderlinse umfassen.
Lichtleiterelement-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zylinderachse der Zylinderlinse (9) im Wesentlichen entlang eines Meridionalschnitts (18) des Lichtleiterelements (8) verläuft.
Lichtleiterelement-Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlinse (9) derart ausgebildet und relativ zu der mindestens einen Lichtaustrittsfläche (16) angeordnet ist, dass eine Brennlinie der Zylinderlinse (9) auf der mindestens einen Lichtaustrittsfläche (16) verläuft.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zum Bündeln des hindurchtretenden Lichts zu beiden Seiten eines Meridionalschnitts (18) jeweils eine Reflektorfläche (9'; 9'') umfassen.
Lichtleiterelement-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem Sagittalschnitt (19) betrachtet ein Abstand zwischen den Reflektorflächen (9'; 9'') mit zunehmender Entfernung von der mindestens einen Lichtaustrittsfläche (16) vergrößert.
Lichtleiterelement-Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorflächen (9'; 9'') einen Öffnungswinkel von etwa 10° bis 20° aufweisen.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorflächen (9'; 9'') als totalreflektierende Grenzflächen eines Glas- oder Kunststoffkörpers ausgebildet sind.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) in einem Meridionalschnitt (18) betrachtet eine parabelförmige Reflektorfläche umfasst.
Lichtleiterelement-Anordnung Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) in einem Sagittalschnitt (19) betrachtet eben ausgebildet ist oder eine Dreiecksform aufweist.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichteinkoppelfläche (13) des Lichtleiterelements (8) eine Sammellinse umfasst, so dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) integraler Bestandteil der mindestens einen Einkoppelfläche (13) ist.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) in einem Meridionalschnitt (18) betrachtet an die mindestens eine Einkoppelfläche (13) des Lichtleiterelements (8) zu zwei Seiten hin angrenzende Reflektorflächen aufweist.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichteinkoppelfläche (13) eine Vorsatzoptik mit totalreflektierenden Eigenschaften umfasst, so dass das mindestens eine Kollimatorelement (15) integraler Bestandteil der mindestens einen Einkoppelfläche (13) ist, wobei die mindestens eine Einkoppelfläche (13) des Lichtleiterelements (8) durch Einkoppelflächen (13'; 13'') der Vorsatzoptik und das mindestens eine Kollimatorelement (15) durch eine zentrale Sammellinse (15b) der Vorsatzoptik und/oder totalreflektierende Grenzflächen (15a) der Vorsatzoptik gebildet ist.
Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorflächen des mindestens einen Kollimatorelements (15) totalreflektierende Eigenschaften aufweisen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (1) mit mindestens einer Lichtquelle (7) zum Aussenden von Licht und mindestens einer Lichtleiterelement-Anordnung umfassend: – mindestens ein plattenförmiges Lichtleiterelement (8) mit einer Längserstreckung und einer Quererstreckung und mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche (13) zum Einkoppeln zumindest eines Teils des ausgesandten Lichts, Grenzflächen (14) mit totalreflektierenden Eigenschaften zur Reflexion zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts, mindestens einem Kollimatorelement (15) zum Bündeln zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts, mindestens einer Lichtaustrittsfläche (16), durch die in einem bestimmten Winkel auftreffende Lichtstrahlen ausgekoppelt werden, und mindestens einer Lichtauskoppelfläche (17) zum Umlenken zumindest eines Teils des eingekoppelten Lichts auf die Lichtaustrittsfläche (16), und – im Strahlengang des ausgekoppelten Lichts angeordnete optisch wirksame Mittel (9) zur Strahlformung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterelement-Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) als eine Kraftfahrzeugleuchte ausgebildet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Beleuchtungseinrichtung (1) nach dem Durchtritt durch die Mittel (9) zum Bündeln erzeugte Lichtverteilung für Lichtstärken oberhalb von etwa 100 cd und für eine Lichtquelle (7) mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm eine horizontale Streuung von etwa +/–25° aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Beleuchtungseinrichtung (1) nach dem Durchtritt durch die Mittel (9) zum Bündeln erzeugte Lichtverteilung für Lichtstärken oberhalb von etwa 100 cd und für eine Lichtquelle (7) mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm eine vertikale Streuung von etwa –10° bis etwa +15° aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beleuchtungsstärkemaximum einer von der Beleuchtungseinrichtung (1) nach dem Durchtritt durch die Mittel (9) zum Bündeln erzeugten Lichtverteilung für eine Lichtquelle (7) mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm bei etwa 700 cd liegt.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrommaximum einer von der Beleuchtungseinrichtung (1) nach dem Durchtritt durch die Mittel (9) zum Bündeln erzeugten Lichtverteilung für eine Lichtquelle (7) mit einem Lichtstrom von etwa 200 lm bei etwa 80 lm liegt.