DE102011079790A1

DE102011079790A1 - Stufenförmiger Lichtleiter

Info

Publication number: DE102011079790A1
Application number: DE102011079790A
Authority: DE
Inventors: Hubert Zwick
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: DE102011079790B4

Abstract

Vorgestellt wird ein Lichtleiter, der eine Lichteintrittsfläche und ein Auskopplungsvolumen aufweist, das zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Lichtleiters liegt, wobei die zweite Seite Umlenkflächen aufweist, die dazu eingerichtet sind, auf sie einfallendes Licht so auf die erste Seite umzulenken, dass es über die erste Seite mit einer Hauptabstrahlrichtung ausgekoppelt wird. Der Lichtleiter zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Seite einzelne, voneinander räumlich getrennte und in der Hauptabstrahlrichtung relativ zueinander versetzte Auskoppelflächen aufweist, von denen jeweils eine nur von genau einer Umlenkfläche von der zweiten Seite her beleuchtet wird, und dass die in der zweiten Seite liegenden Umlenkflächen ebenfalls in Hauptabstrahlrichtung relativ zueinander versetzt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtleiter, der eine Lichteintrittsfläche und ein Auskopplungsvolumen aufweist, das zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Lichtleiters liegt, wobei die zweite Seite Umlenkflächen aufweist, die dazu eingerichtet sind, auf sie einfallendes Licht so auf die erste Seite umzulenken, dass es über die erste Seite mit einer Hauptabstrahlrichtung ausgekoppelt wird.
Ein solcher Lichtleiter ist zum Beispiel aus der DE 198 03 518 A1 bekannt. Bei modernen Kraftfahrzeugen werden Lichtleiter zunehmend für Leuchten verwendet. Bei Beleuchtungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen wird zwischen Scheinwerfern und Leuchten unterschieden. Scheinwerfer dienen dazu, den Fahrweg so zu beleuchten, dass ein Fahrer Hindernisse im Fahrweg erkennen und entsprechend reagieren kann. Leuchten dienen dagegen dazu, anderen Verkehrsteilnehmern das Vorhandensein und/oder Verhalten des Kraftfahrzeuges zu signalisieren. Solche Leuchten werden am Bug, an der Seite oder am Heck von Kraftfahrzeugen verwendet. Ein Beispiel einer Bugleuchte ist eine Tagfahrleuchte. Beispiele von Heckleuchten sind Bremsleuchten und Schlussleuchten. Sowohl am Bug als auch am Heck und auch an der Seite werden Blinkleuchten verwendet. An der Seite werden darüber hinaus Positionsleuchten verwendet.
Bei Leuchten wird zumindest für einige Lichtfunktionen zunehmend ein flächiges Erscheinungsbild der leuchtenden Fläche angestrebt. Aus der DE 198 03 518 A1 ist ein plattenförmiger Lichtleiter bekannt, bei dem das Licht über kurze und schmale Seitenflächen des plattenförmigen Lichtleiters eingekoppelt und über eine lange schmale Stirnseite ausgekoppelt wird. Die Abstrahlung des Lichtes erfolgt parallel zu den ausgedehnten Plattenflächen. Der einzelne Lichtleiter besitzt eine bandförmig leuchtende Fläche in Form seiner langen und schmalen Stirnseite. Durch Übereinanderlegen mehrerer solcher Lichtleiter kann ein flächiges Erscheinungsbild erzielt werden. Ausgehend von dem Ziel, ein flächiges Erscheinungsbild der leuchtenden Fläche zu erzielen, bildet die DE 198 03 518 A1 den Stand der Technik, von dem der Erfinder ausgegangen ist.
Durch das Übereinanderlegen entsteht jedoch ein vergleichsweise großes Bauraumvolumen, ein vergleichsweise hohes Gewicht und ein vergleichsweise großes durchstrahltes Lichtleitervolumen. Aus dem vergleichsweise großen durchstrahlten Lichtleitervolumen resultiert ein entsprechend hoher Verlust durch Absorption. Aufgrund der hohen Absorption entsteht ein hoher Bedarf an einzukoppelndem Licht, der durch leistungsfähige und damit teure Lichtquellen gedeckt werden muss.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Lichtleiters, der ein flächiges Erscheinungsbild liefert und dabei die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest nur in einem verringerten Umfang aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Von dem bekannten Lichtleiter unterscheidet sich der erfindungsgemäße Lichtleiter dadurch, dass die erste Seite einzelne, voneinander räumlich getrennte und in der Hauptabstrahlrichtung relativ zueinander versetzte Auskoppelflächen aufweist und dass die in der zweiten Seite liegenden Umlenkflächen ebenfalls in Hauptabstrahlrichtung relativ zueinander versetzt sind, wobei die Auskoppelflächen und die Umlenkflächen aufeinander abgestimmt so dimensioniert und angeordnet sind, dass jeweils eine der Auskoppelflächen jeweils nur von genau einer Umlenkfläche von der zweiten Seite her beleuchtet wird und dass der Lichtleiter ein zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Auskoppelvolumen liegendes Bündelungsvolumen aufweist, das dazu eingerichtet ist, den Öffnungswinkel des in das Auskopplungsvolumen eintretenden Lichtbündels zu verringern.
Durch diese Merkmale wird ein flächiger Lichtleiterbereich bereitgestellt, der eine Abstrahlung des Lichtes etwa in Richtung der Flächennormalen der ersten Seite erlaubt. Der Lichtleiter strahlt damit insbesondere nicht über seine Schmalseiten, sondern über seine von Rändern der Schmalseiten begrenzte erste Seite ab, die eine im Vergleich zu den Schmalseiten breite und ausgedehnte Fläche besitzt.
Dadurch wird eine vergleichsweise große Licht abstrahlende Fläche bei vergleichsweise kleinem mit Licht durchstrahltem Lichtleitervolumen erzielt. Als Folge sind die durch Absorption bedingten Verluste niedriger als beim Stand der Technik. Daher ist auch der Lichtstrombedarf bei der Einkoppelung niedriger als beim Stand der Technik, was zu vergleichsweise niedrigeren Kosten für Leuchtmittel führt.
Das vergleichsweise geringere durchstrahlte Lichtleitervolumen führt auch zu einem vorteilhaft verringertem Bauraumbedarf und einem niedrigeren Gewicht, was ebenfalls die Herstellkosten senkt und darüber hinaus über den Umweg einer Kraftstoffersparnis auch dazu beiträgt, die Betriebskosten eines Kraftfahrzeugs zu senken.
Dadurch, dass der Lichtleiter ein zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Auskoppelungsvolumen liegendes Bündelungsvolumen aufweist, das dazu eingerichtet ist, den Öffnungswinkel des in das Auskoppelungsvolumen eintretenden Lichtbündels zu verringern, nehmen auch die zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Lichtleiters in der Hauptabstrahlrichtung erforderlichen Abmessungen mit der Verringerung des Öffnungswinkels ab. Dadurch ergibt sich der Vorteil eines verringerten Bauraumbedarfs in der Hauptabstrahlrichtung.
Darüber hinaus kann bei dem verringerten Öffnungswinkel auch der Abstand zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite vergleichsweise kleiner gehalten werden, ohne dass die effiziente optische Auslegung des Lichtleiters beeinträchtigt wird. Auch daraus resultiert eine Ersparnis von Material und Gewicht, was bei dem angestrebten flächigen Lichtleiter besonders wichtig ist.
Bevorzugt ist auch, dass der Lichtleiter zu jeder Auskoppelungsfläche eine Abschattungsfläche aufweist, die auf der ersten Seite in einer Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes innerhalb des in das Auskoppelvolumen eintretenden Lichtbündels vor der Auskoppelfläche und quer zu der Hauptausbreitungsrichtung angeordnet ist.
Durch diese Abschattungsfläche wird verhindert, dass in das Auskoppelungsvolumen eingestrahltes Licht auf eine Auskoppelfläche trifft und dort unkontrolliert reflektiert oder ausgekoppelt wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass Licht bei der Ausbreitung im Lichtleiter durch die Auskoppelflächen negativ beeinflusst wird. Darüber hinaus lässt sich das ausgekoppelte Licht effektiv bündeln, da das auf die Auskoppelfläche einfallende Licht nur bestimmte, durch die zugehörige Umlenkfläche vorgegebene Richtungen besitzt.
Bevorzugt ist auch, dass der Lichtleiter mehrere, von der Lichteintrittsfläche aus betrachtet, in einer Reihe hintereinander liegende Auskoppelflächen aufweist und zu jeder Auskoppelfläche genau eine Umlenkfläche und genau eine Abschattungsfläche aufweist.
Dadurch kann der über eine Auskoppelfläche ausgekoppelte Lichtanteil sehr genau durch eine Dimensionierung der zugehörigen Umlenkfläche vorgegeben werden. Es ist insbesondere möglich, einen Helligkeitsausgleich vorzunehmen. Dazu wird man an Orten, an denen die Beleuchtungsstärke innerhalb des Lichtleiters eher klein ist, größere Umlenkflächen vorsehen als an Orten des Lichtleiters, an denen die Beleuchtungsstärke eher groß ist.
Bevorzugt ist auch, dass eine Auskoppelfläche und eine zur Beleuchtung dieser Auskoppelfläche eingerichtete Umlenkfläche jeweils so dimensioniert ist, dass die Auskoppelflächen bei über die Lichteintrittsfläche eingekoppeltem Licht gleich hell erscheinen.
Auf diese Art und Weise wird ein gleichmäßig helles Erscheinungsbild der leuchtenden Fläche erreicht. Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auskoppelflächen längs eines Querschnitts, dessen Richtung mit der Richtung von in dem Lichtbündel propagierendem Licht übereinstimmt, eine Querschnitts-Form aufweisen, die das über die jeweilige Auskoppelfläche austretende Licht bündelt.
Durch dieses Merkmal lässt sich eine Fokussierung in der Ebene der Querschnittsfläche erreichen, was für die Erzielung einer regelkonformen Lichtverteilung hilfreich ist. Typische Signallichtverteilungen liegen in einem Winkelbereich von +/–20 Grad in der Horizontalen und +/–10 Grad in der Vertikalen. Die genannte Ausgestaltung erlaubt insbesondere eine ohne weitere optische Elemente erfolgende Fokussierung auf einen der genannten Winkelbreite entsprechenden Winkelbereich. Als Folge wird z. B. das Erscheinungsbild der leuchtenden Fläche für einen Betrachter nicht durch zwischen dem Betrachter und der leuchtenden Fläche des Lichtleiters angeordnete optische Elemente gestört.
Ferner ist bevorzugt, dass eine Kante des Lichtleiters, die eine Abschattungsfläche von einer Auskoppelfläche trennt, die von dieser Abschattungsfläche abgeschattet wird, einen Winkelausschnitt aus einem ersten Kreisbogen ist, eine diese Auskoppelfläche auf ihrer der Abschattungsfläche abgewandten Seite begrenzende Kante ein Winkelausschnitt aus einem zu dem ersten Kreisbogen konzentrischen zweiten Kreisbogen ist, und dass die Kanten, die die zugehörige Umlenkfläche begrenzen, konzentrisch zu dem ersten Kreisbogen und dem zweiten Kreisbogen verlaufende Winkelausschnitte weiterer Kreisbögen sind.
Durch diese Merkmale wird eine Fokussierung in der Ebene erzielt, die zu der weiter oben genannten Querschnittsebene und zur Hauptabstrahlrichtung senkrecht liegt. Das ist genau die Fokussierung, die der senkrecht dazu fokussierende Querschnitt der Auskoppelfläche nicht erzeugen kann.
Auch dieses Merkmal ist für die Erzielung einer regelkonformen Lichtverteilung hilfreich. Diese Ausgestaltung erlaubt insbesondere eine ohne weitere optische Elemente erfolgende Fokussierung auf einen der genannten horizontalen Winkelbreite von +/–20 Grad entsprechenden Winkelbereich.
Ferner ist bevorzugt, dass die Auskoppelflächen quer zu ihrer Kreisbogenform konvex gewölbt sind. Als erwünschte Folge wird eine Fokussierung in den beiden Raumrichtungen erzielt, die für eine Erzeugung regelkonformer Lichtverteilungen erforderlich ist. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass diese Ausgestaltung eine Fokussierung der von der Lichtquelle in den Lichtleiter eingespeisten Lichtenergie in einen quadratischen Abstrahlwinkelbereich mit einer Winkelbreite seiner Kanten von jeweils 10 Grad erlaubt.
Bevorzugt ist auch, dass die Auskoppelflächen zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform konvex gewölbte Streustrukturen aufweisen, die quer zu den Kreisbögen ausgerichtet aus den konvex gewölbten Auskoppelflächen herausragen.
Alternativ ist bevorzugt, dass die Auskoppelflächen zusätzlich zu ihren konvex gewölbten Kreisbogenformen konkav gewölbte Streustrukturen aufweisen, die als Vertiefungen in den konvex gewölbten Auskoppelflächen verwirklicht sind. Sowohl mit den konvexen als auch mit den konkaven Streustrukturen lässt sich die durch die Kreisbogenform der Auskoppelflächen erzielte bündelnde Wirkung gezielt vermindern. Dies ist dann hilfreich, wenn die bündelnde Wirkung der Kreisbogenform für eine bestimmte Anwendung zu stark sein sollte.
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine der Auskoppelflächen zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform Ablenkkeile aufweist, die dazu eingerichtet sind, das von dem Lichtleiter bei einer über die Eintrittsfläche erfolgenden Einkoppelung von Licht abgestrahlte Lichtbündel im Ganzen zu schwenken.
Diese Ausgestaltung erlaubt es, ein fokussiertes Strahlbündel als Ganzes um einen bestimmten Winkel zu verschwenken. Dadurch kann z. B. bei beschränktem Bauraum oder anderen gestalterischen Vorgaben eine bestimmte Abstrahlrichtung mit einer durch diese Vorgaben festgelegten Ausrichtung der abstrahlenden Fläche verwirklicht werden. Die Abstrahlrichtung muss also insbesondere nicht mit der Flächennormale übereinstimmen.
Bevorzugt ist auch, dass die Auskoppelflächen außerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskoppelungsvolumen eintretenden Lichtbündels liegen.
Bei dieser Ausgestaltung beschneiden die Auskoppelflächen und die den Auskoppelflächen zugeordneten Abschattungsflächen den Öffnungswinkel des im Auskoppelungsbereich propagierenden Lichtbündels nicht, so dass durch Abschattungen bedingte Lichtverluste minimiert werden. Als Folge zeichnet sich diese Ausgestaltung durch eine hohe Effizienz aus.
Als Alternative ist bevorzugt, dass die Auskoppelflächen innerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskoppelungsvolumen eintretenden Lichtbündels liegen, bzw. seitlich in den Öffnungswinkel hineinragen.
Diese Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei gegebenem Öffnungswinkel weniger Bauraum in Abstrahlrichtung benötigt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens zwei Lichtleiter aufweist, von denen jeder einzelne die Merkmale von einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und die in der Lichtleiteranordnung benachbart und mit parallelen Außenkanten aneinander angrenzend angeordnet sind. Ein solche Anordnung kann sowohl mit einem einteiligen als auch mit einem mehrteiligen Lichtleiter verwirklicht werden.
Diese Ausgestaltung ermöglicht insbesondere einen modularen Aufbau von Leuchtflächen, was zum einen die Möglichkeit bietet, die Beleuchtungsintensität einer angestrahlten Fläche durch eine Verwendung von mehr als einem Modul zu erhöhen. Dies ist z. B. für Tagfahrlichtleuchten günstig. Aus gestalterischen Gründen ist auch vorteilhaft, dass der modulare Aufbau eine Abweichung von der reinen Kreisbogenform erlaubt. Außerdem erlaubt der modulare Aufbau eine schrittweise erfolgende Vergrößerung der leuchtenden Fläche. Damit lassen sich auch Leuchtflächen für Lichtfunktionen aufbauen, für die eine Mindestgröße der leuchtenden Fläche gesetzlich gefordert wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtleiters;
2 eine Seitenansicht des Gegenstands der 1;
3 den Gegenstand der 2 zusammen mit Strahlengängen von Licht;
4 eine Ausschnittsvergrößerung aus der 3;
5 eine Ansicht des Gegenstandes der 1 bis 4 aus einer der Hauptausbreitungsrichtung des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtes entsprechenden Blickrichtung;
6 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtleiters;
7 eine Ausgestaltung des Gegenstandes der 6;
8 verschiedene, vom Lichtleiter nach den 6 und 7 ausgehende Strahlenbündel;
9 eine Simulation der Beleuchtungsstärke für den Gegenstand der 6 bis 8; und
10 eine Lichtleiteranordnung, die aus Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Lichtleiter modular zusammengesetzt ist.
Die 1 zeigt im Einzelnen einen Lichtleiter 10, der eine Lichteintrittsfläche 12 aufweist. Vor der Lichteintrittsfläche 12 ist in der Darstellung der 1 eine Lichtquelle, insbesondere eine Halbleiterlichtquelle 14 angeordnet, die relativ zur Lichteintrittsfläche 12 so ausgerichtet und so nahe an der Lichteintrittsfläche 12 angeordnet ist, dass ihr Licht in den Lichtleiter 10 eingekoppelt wird. Die Halbleiterlichtquelle 14 weist bevorzugt eine oder mehrere Leuchtdioden auf. Für Lichtfunktionen von Kraftfahrzeugen werden bevorzugt Leuchtdioden verwendet, die eine plane Lichtaustrittsfläche besitzen, die quadratisch ist und eine Kantenlänge von ein bis zwei Millimetern aufweist. Je nach benötigter Lichtleistung und benötigten Lichtfarben werden eine oder mehrere, gleichfarbiges oder verschiedenfarbiges Licht emittierende Leuchtdioden als Halbleiterlichtquelle 14 verwendet.
Der Lichtleiter 10 weist ein Auskoppelungsvolumen 16 auf, das zwischen einer ersten Seite 18 und einer zweiten Seite 20 des Lichtleiters 10 liegt. Die zweite Seite 20 weist Umlenkflächen 22 auf, die dazu eingerichtet und angeordnet sind, auf sie einfallendes Licht 24 der Halbleiterlichtquelle 12 so auf die erste Seite 18 umzulenken, dass es über die erste Seite 18 mit einer Hauptabstrahlrichtung ausgekoppelt wird. In der dargestellten Ausgestaltung ist die Lichteintrittsfläche 12 parallel zu einer x, z-Ebene ausgerichtet, so dass die Hauptausbreitungsrichtung des in den Lichtleiter 10 eingekoppelten Lichtes parallel zu einer y-Richtung liegt. Die Hauptabstrahlrichtung des über die erste Seite ausgekoppelten Lichtes liegt dann parallel zur z-Richtung. Die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung bilden zusammen ein rechtshändig orientiertes Koordinatensystem.
Der in der 1 dargestellte Lichtleiter 10 zeichnet sich dadurch aus, dass seine erste Seite 18 einzelne, voneinander räumlich getrennte und in der Hauptabstrahlrichtung z relativ zueinander versetzte Auskoppelflächen 26 aufweist, von denen jeweils eine nur von genau einer Umlenkfläche 22 von der zweiten Seite 20 her beleuchtet wird, und dass die in der zweiten Seite 20 liegenden Umlenkflächen 22 ebenfalls in Hauptabstrahlrichtung z relativ zueinander versetzt angeordnet sind.
Zusätzlich weist der Lichtleiter 10 ein zwischen der Lichteintrittsfläche 12 und dem Auskoppelungsvolumen 16 liegendes Bündelungsvolumen 28 auf, das dazu eingerichtet ist, den Öffnungswinkel des in das Auskoppelungsvolumen 16 eintretenden Lichtbündels zu verringern. Diese Wirkung des Bündelungsvolumens 28 ergibt sich daraus, dass sein Querschnitt, ausgehend von einem durch die Lichteintrittsfläche 12 gebildeten kleinsten Querschnitt, mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche 12 kontinuierlich größer wird, bis er eine Größe erreicht, die durch den Lichteintrittsquerschnitt des Auskoppelungsvolumens 16 definiert wird. Zwischen der Lichteintrittsfläche 12 und dem Lichteintrittsquerschnitt des Auskoppelungsvolumens erfährt das im Lichtleiter propagierende Licht je nachdem, mit welchem Winkel zum Lot der Lichteintrittsfläche 12 es in den Lichtleiter eingetreten ist, kein, eine oder mehrere interne Totalreflexionen an den Transportflächen des Bündelungsvolumens. Über die Länge des Bündelungsvolumens hinweg erfolgt keine Auskopplung, so dass das Bündelungsvolumen insofern eine echte Lichtleiterfunktion, d.h. eine Transportfunktion, ausübt.
Soweit in Bezug auf das Bündelungsvolumen 28 von Querschnitten die Rede ist, ist immer der Querschnitt gemeint, auf dem die Hauptausbreitungsrichtung des im Lichtleiter 10 propagierenden Lichtes senkrecht steht. Im Fall der 1 liegen die Querschnittsflächen also jeweils parallel zur x, z-Ebene. Die Querschnittsvergrößerung ergibt sich dabei dadurch, dass der Lichtleiter 10 im Bereich des Bündelungsvolumens 28 mit zunehmendem Abstand seines jeweiligen Querschnitts von der Lichteintrittsfläche 12 sowohl in x-Richtung als auch in z-Richtung breiter wird.
Die Wände des Bündelungsvolumens 28 laufen daher mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche 12 gewissermaßen auseinander. Durch die auseinanderlaufenden Wände ergibt sich bei jeder Reflexion von Licht an einer der Seitenwände des Bündelungsvolumens 28 eine Reduzierung des Winkels zwischen dem Lichtstrahl und der hier in y-Richtung orientierten Längsachse des Bündelungsvolumens 28. So kann deutlich mehr Licht zu den weiter von der Lichteintrittsfläche 12 entfernt liegenden Umlenkflächen 22 gelangen als dies ohne die bündelnde Wirkung des Bündelungsvolumens 28 der Fall wäre. Mit anderen Worten: Durch das Bündelungsvolumen 28 wird der Öffnungswinkel des Lichtbündels, mit dem sich das Lichtbündel im Lichtleiter ausbreitet, reduziert. Das Bündelungsvolumen reduziert die Divergenz des Lichtbündels.
Der Lichtleiter 10 weist zu jeweils einer Auskoppelungsfläche 26 eine Abschattungsfläche 30 auf, die eine Teil der ersten Seite 18 des Lichtleiters 10 bildet und die, in einer Hauptausbreitungsrichtung y des Lichtes betrachtet, das innerhalb des in das Auskoppelvolumens 16 eintretenden Lichtbündels propagiert, vor der Auskoppelfläche 26 und quer zu der Hauptausbreitungsrichtung angeordnet ist. In der Ausgestaltung, die in der 1 dargestellt ist, weisen bis auf die am weitesten von der Lichteintrittsfläche 12 entfernt liegende Auskoppelfläche 26 alle anderen Auskoppelflächen 26 eine solche Abschattungsfläche 30 auf.
Der Lichtleiter 10 weist insbesondere mehrere, von der Lichteintrittsfläche 12 aus betrachtet, in einer Reihe hintereinander liegende Auskoppelflächen 26 und zu jeder Auskoppelfläche 26 genau eine Umlenkfläche 22 und genau eine Abschattungsfläche 30 auf. Wie bereits erwähnt, gilt dies bei der dargestellten Ausgestaltung für sämtliche Auskoppelflächen 26 bis auf die den Abschluss der Reihe bildende Auskoppelfläche 26, die am weitesten von der Lichteintrittsfläche 12 entfernt liegt.
2 zeigt eine Seitenansicht des Gegenstands der 1. Wie bereits erwähnt wurde, sind die Umlenkflächen 22 stufenförmig in der Hauptabstrahlrichtung z angeordnet. Jede Umlenkfläche 22 erhält damit ein exklusives Teilbündel 34 des Lichts, das direkt, das heißt ohne vorher noch reflektiert zu werden, von dem im Verhältnis zum Querschnitt der Lichteintrittsfläche 12 vergrößerten Lichtleiterquerschnitt 32 am Lichteintrittsende des Lichtauskoppelvolumens 16 kommt. Jedes dieser exklusiven Teilbündel 34 wird von der zugehörigen Umlenkfläche 22 zu genau einer Auskoppelfläche 26 gelenkt.
So entstehen Paare aus je einer Umlenkfläche 22 und je einer Auskoppelfläche 26, deren lichttechnische Auslegung optimal an die jeweilige Beleuchtungsaufgabe angepasst werden kann. Die Umlenkflächen 22 können z. B. eben oder gewölbt sein und so die Lichtverteilung im Zielgebiet, den Öffnungswinkel des emittierten Lichtbündels und die Helligkeitsverteilung in der leuchtenden Fläche zu beeinflussen. Durch die Größe der Umlenkflächen 22 kann insbesondere die Helligkeitsverteilung beeinflusst werden. Je größer eine Umlenkfläche 22 ist, desto mehr Licht lenkt sie zu ihrer zugehörigen Auskoppelfläche 26 um und desto heller leuchtend erscheint die zugehörige Auskoppelfläche 26 einem Betrachter.
Ebenso kann jede Auskoppelfläche 26 individuell an die jeweilige Beleuchtungsaufgabe angepasst werden. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Auskoppelflächen 26 eine Form aufweisen, die das über die jeweilige Auskoppelfläche 26 austretende Licht bündelt. Dies gilt sowohl für eine Bündelung in y-Richtung als auch für eine Bündelung in x-Richtung. In der Ausgestaltung, die in der 2 dargestellt ist, weisen die Auskoppelflächen längs eines Querschnitts, dessen Richtung mit der Richtung von in dem Lichtbündel propagierenden Licht übereinstimmt, also in y-Richtung, eine Querschnittsform auf, die das über die jeweilige Auskoppelfläche 26 austretende Licht in y-Richtung bündelt. Diese Wirkung wird beim Gegenstand der 2 durch die konvexe Wölbung der Auskoppelflächen 26 erzielt.
Eine Bündelung in x-Richtung kann damit jedoch nicht erzielt werden. Maßnahmen zur Bündelung in x-Richtung werden weiter unten erläutert.
Die Paare aus je einer Umlenkfläche 22 und der zugehörigen Auskoppelfläche 26 sind bevorzugt so dimensioniert, dass die Auskoppelflächen 26 verschiedener Paare bei über die Lichteintrittsfläche 12 eingekoppeltem Licht gleich hell erscheinen. Bei gleichen Größen der Auskoppelflächen 26 ist dies insbesondere dann der Fall, wenn weiter von der Lichteintrittsfläche 12 entfernt liegende Umlenkflächen 22 größer sind als näher an der Lichteintrittsfläche 12 liegende Umlenkflächen 22. Durch eine solche mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche 12 wachsende Fläche der Umlenkflächen 22 wird die Abnahme des Lichtstroms pro Flächeneinheit (also der Beleuchtungsstärke) kompensiert, die sonst mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche auftritt. Je größer die Umlenkfläche ist, desto größer ist auch der von dieser Umlenkfläche umgelenkte Lichtstrom.
Damit die einzelnen Auskoppelflächen 26 ihr Licht möglichst ausschließlich von der jeweils zugeordneten Umlenkfläche 22 erhalten, werden die Auskoppelflächen 26 ebenfalls stufenförmig in der Hauptausbreitungsrichtung des über die erste Seite 18 abgestrahlten Lichtes versetzt angeordnet. Dabei nimmt das Ausmaß des Versatzes mit zunehmendem Abstand der Auskoppelfläche 26 von der Lichteintrittsfläche 12 in diskreten Schritten zu. Jede Auskoppelfläche 26 besitzt zu der ihr benachbarten, zwischen ihr und der Lichteintrittsfläche 12 liegenden Auskoppelfläche eine total reflektierende Abschattungsfläche 30. Diese Abschattungsfläche 30 bewirkt eine nahezu vollständige Abschattung der Auskoppelungsfläche 26 in Bezug auf Licht, das direkt von dem beim Eintritt in das Auskoppelungsvolumen 16 liegenden Lichtleiterquerschnitt 32 kommt.
Dadurch, dass der stufenartige Versatz der Auskoppelflächen 26 und der Umlenkflächen 22 jeweils in die gleiche Richtung erfolgt, kann der Abstand zwischen den Reihen von Auskoppelflächen 26 und Umlenkflächen 22 klein gehalten werden, ohne dass die effiziente optische Auslegung beeinträchtigt wird. Daraus resultiert eine Ersparnis von Material und Gewicht, was bei den angestrebten flächigen Lichtleitern besonders wichtig ist.
Grundsätzlich können die Auskoppelflächen 26 sowohl innerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskoppelungsvolumen 16 eintretenden Lichtbündels als auch außerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskoppelungsvolumen 16 eintretenden Lichtbündels liegen.
3 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Auskoppelflächen 26 außerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskoppelvolumen 16 eintretenden Lichtbündels liegen. Die 3 zeigt insbesondere Strahlengänge des in dem Lichtleiter 10 propagierenden Lichtes, das über die Lichteintrittsfläche 12 in den Lichtleiter 10 eingekoppelt wird. Dabei zeigt 3 insbesondere, dass die Auskoppelflächen 26 dort alle oberhalb des oberen Randstrahls liegen, der den Kegel des sich in dem Auskoppelungsvolumen 16 ausbreitenden Lichtes beschränkt.
Die 3 verdeutlicht damit insbesondere auch die positive Wirkung des im Lichtweg vor dem Auskoppelungsvolumen 16 liegenden Bündelungsvolumens 28. Ohne das Bündelungsvolumen 28 wäre der Öffnungswinkel des Lichtkegels des sich im Auskoppelungsvolumen 16 ausbreitenden Lichtes größer. Wenn dann die Auskoppelflächen 26 immer noch außerhalb dieses Lichtkegels und damit oberhalb des Randstrahls liegen sollen, müssten sie entsprechend stärker nach oben, das heißt in z-Richtung versetzt werden. Dies würde bedeuten, dass der Lichtleiter 10 in der dort zur z-Richtung parallelen Hauptabstrahlrichtung mehr Einbauraum benötigen würde als dies bei dem in der 3 dargestellten Lichtleiter 10 der Fall ist.
Die in der 3 dargestellten Strahlengänge verdeutlichen insbesondere, wie jeweils ein Teil des über die Lichteintrittsfläche 12 in den Lichtleiter 10 eingekoppelten Lichtes auf eine Umlenkfläche 22 trifft und dort so umgelenkt wird, dass es über eine zugehörige Auskoppelfläche 26 des Lichtleiters 10 ausgekoppelt wird.
Die 3 verdeutlicht auch, dass die Abschattungsfläche 30 jeweils dafür sorgt, dass die an die Abschattungsfläche 30 anschließende Auskoppelfläche 26 ausschließlich von dem Licht getroffen wird, das von der zugehörigen Umlenkfläche 22 auf die jeweilige Auskoppelfläche 26 umgelenkt wird. Ferner verdeutlicht die 3 insbesondere auch die gute Bündelungswirkung des dort dargestellten Lichtleiters in der zur Hauptausbreitungsrichtung innerhalb des Lichtleiters parallelen Richtung, die dort der y-Richtung entspricht.
Die 4 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung aus der 3, die das Zusammenwirken von Umlenkfläche 22, Auskoppelfläche 26 und Abschattungsfläche 30 verdeutlicht. Beim Gegenstand der 4 liegt die Auskoppelfläche 26 oberhalb von dem Randstrahl 36 des sich um die Hauptausbreitungsrichtung y herum in dem Auskoppelungsvolumen 16 des Lichtleiters 10 ausbreitenden Lichtes. Die Stufenhöhe der Abschattungsfläche 30 gleicht dabei den Anstieg des Randstrahls 36 aus, so dass auch nachfolgende Auskoppelflächen 26 aufgrund ihrer jeweils zugeordneten Abschattungsfläche 30 oberhalb von diesem Randstrahl 36 liegen werden.
Aber selbst wenn die Abschattungsfläche 26 innerhalb des Lichtkegels liegen würde, würde die Abschattungsfläche 30 die zugehörige Auskoppelfläche 26 so abschatten, dass die Auskoppelfläche 26 nur von dem Licht getroffen wird, das von der zugehörigen Umlenkfläche 22 auf die Auskoppelfläche 26 umgelenkt wird. Die 3 und 4 veranschaulichen damit insbesondere, dass ein Teil des Lichtes auf eine Umlenkfläche 22 trifft und dort so umgelenkt wird, dass es durch die Auskoppelfläche 26 den Lichtleiter 10 verlässt.
Die Abschattungsfläche 30 sorgt dabei dafür, dass die Auskoppelfläche 26 möglichst ausschließlich von dem Licht getroffen wird, das von der zugehörigen Umlenkfläche 22 umgelenkt worden ist. Dies stellt ein wesentliches Element der Erfindung dar: Es wird nämlich eine Auskoppelfläche 26 erzeugt, die nur von dem Licht getroffen werden kann, das austreten soll. Auf diese Weise wird verhindert, dass Licht bei der Ausbreitung im Lichtleiter 10, bzw. im Auskoppelungsvolumen 16 des Lichtleiters 10, durch unkontrollierte Reflexionen an den Auskoppelflächen 26 negativ beeinflusst wird.
Darüber hinaus lässt sich das austretende Licht effektiv bündeln, da die Herkunft des austretenden Lichtes von der jeweils zugehörigen Umlenkfläche 22 und damit dessen grobe Richtung durch die Geometrie der Anordnung festgelegt ist. Wie bereits erwähnt wurde, kann die pro Auskoppelfläche ausgekoppelte Lichtmenge durch die Höhe der Umlenkfläche 22 so variiert werden, dass einem Betrachter alle Auskoppelflächen 26 gleich hell erscheinen.
Die 5 zeigt eine Ansicht des Gegenstandes der 1 bis 4 aus einer Blickrichtung, die der Hauptausbreitungsrichtung des in den Lichtleiter 10 eingekoppelten Lichtes entspricht. In der 5 ist dies die y-Richtung. Die durch die konvexe Krümmung der Auskoppelflächen 26 erzeugte Bündelung findet in der zur y-Richtung parallelen Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im Lichtleiter 10 statt und ist als solche in der 5 nicht sichtbar.
In der dazu und zu der parallel zu der z-Richtung liegenden Hauptabstrahlrichtung liegenden Richtung, also der x-Richtung in der 5, gibt es keine Beziehung zwischen dem Ort, an dem ein Lichtstrahl auf die Auskoppelfläche 26 trifft, und der Richtung, aus der er einfällt. Dies ergibt sich daraus, dass an einem Punkt einer Auskoppelfläche 26 Strahlen mit unterschiedlichsten Richtungen ankommen, je nachdem ob diese Strahlen keine, eine oder mehrere Reflexionen an zur z-y-Ebene parallel liegenden Seitenwänden des Lichtleiters 10 erfahren haben, bevor sie von einer Umlenkfläche 22 auf die zugehörige Auskoppelfläche 26 umgelenkt werden. Damit ist ausgeschlossen, dass die Auskoppelfläche 26 in irgend einer Weise zur Fokussierung des ausgekoppelten Lichtes in der x-Richtung von 5 genutzt werden kann.
Eine gewisse Bündelung auch in der x-Richtung erfolgt jedoch bereits im Bündelungsvolumen 28. Dies ergibt sich daraus, dass das Bündelungsvolumen 28 so gestaltet ist, dass sich sein Querschnitt mit in y-Richtung zunehmender Eindringtiefe des Lichtes in das Bündelungsvolumen 28 in x-Richtung vergrößert. Dies ist sowohl aus der 5 als auch aus der 1 ersichtlich. Durch die Vergrößerung des Wandabstandes in x-Richtung ergibt sich auch hier der Effekt, dass ein auf eine dieser Seitenwände auftreffender und dort reflektierter Strahl mit der in y-Richtung liegenden Längsachse des Bündelungsvolumens 28 nach der Reflexion einen kleineren Winkel einschließt als vor der Reflexion. Mit anderen Worten: Die Reflexionen bewirken eine Verringerung des Öffnungswinkels des Lichtbündels auch in der x-Richtung. Diese Verringerung des Öffnungswinkels bleibt auch bei nachfolgenden Reflexionen an Seitenwänden des Auskoppelungsvolumens 16 und beim Austritt durch eine der Auskoppelflächen 26 erhalten.
Eine weitere, wirksamere Methode, eine Beziehung zwischen dem Auftreffpunkt eines Lichtstrahls auf eine Auskoppelfläche 26 und der Richtung des Lichtstrahls zu erzeugen, besteht darin, den Lichtleiter durch eine Rotation um eine Achse zu erzeugen, die durch die Lichtquelle 14 verläuft und die parallel zur erwünschten Lichtabstrahlrichtung ist. Ein solcher Lichtleiter 38 ist in der 6 dargestellt.
Die 6 zeigt insbesondere eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtleiters 38. Dieser zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus: Eine Kante 40, die eine Abschattungsfläche 30 von einer Auskoppelfläche 26 trennt, die von dieser Abschattungsfläche 30 abgeschattet wird, ist ein Winkelausschnitt aus einem ersten Kreisbogen. Eine diese Auskoppelfläche 26 auf ihrer der Abschattungsfläche 30 abgewandten Seite begrenzende Kante 44 ist ein Winkelausschnitt aus einem zu dem ersten Kreisbogen konzentrischen zweiten Kreisbogen mit größerem Radius. Die Kanten 46, 48, die die zugehörige Umlenkfläche 22 begrenzen, sind konzentrisch zu dem ersten Kreisbogen und dem zweiten Kreisbogen verlaufende Winkelausschnitte weiterer Kreisbögen.
Die Auskoppelflächen 26 des Lichtleiters 38 sind, wie die Auskoppelflächen 26 des Lichtleiters 10, konvex gewölbt. Dabei erstreckt sich die konvexe Wölbung bei dem Lichtleiter 38 quer zu der Kreisbogenform der Kanten 40 und 44, welche die Auskoppelflächen begrenzen. Bei einer Verwendung eines solchen Lichtleiters 38 in einer Kraftfahrzeugleuchte entspricht die z-Richtung der Hauptabstrahlrichtung, während die y-Richtung z. B. parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs ist und die x-Richtung parallel zu einer Querachse des Fahrzeugs liegt. Der in der 6 dargestellte Lichtleiter 38 fokussiert das Licht sowohl in der y-Richtung als auch in der x-Richtung. Die Schnittdarstellung der 2 und 3 gilt sowohl für den Lichtleiter 10 als auch für den Lichtleiter 38. Im Fall des Lichtleiters kann der Querschnitt aus der 2 als Radialschnitt betrachtet werden.
Für einen Betrachter, der sich in der Hauptabstrahlrichtung vor dem Lichtleiter 38 befindet und diesen betrachtet, scheint jeder Strahl, der auf eine der Umlenkflächen 22 und anschließend auf eine Auskoppelfläche 26 fällt, direkt von der Halbleiterlichtquelle 14 zu stammen. Dies ist genau die Orts-Winkel-Beziehung, die weiter oben vermisst wurde. Bei einer hinreichend großen Winkelbreite, über die sich die Kreisbögen 40, 44 erstrecken, erreicht das Licht, das sich von der Halbleiterlichtquelle 14 aus in einem um die Hauptausbreitungsrichtung y im Lichtleiter 38 zentrierten Öffnungslichtkegel im Lichtleiter ausbreitet, die radial verlaufenden Grenzflächen 50 und 52 des Lichtleiters 38 nicht. Damit entfallen auch Reflexionen an diesen Seitenwänden, die die genannte Orts-Winkel-Beziehung aufheben könnten.
Mit einem Lichtleiter 38, wie er in der 6 dargestellt ist, lässt sich eine sehr starke Bündelung sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung erzielen. So hat sich gezeigt, dass 62 % der von der Halbleiterlichtquelle 14 abgegebenen Lichtmenge von einem solchen Lichtleiter 38 in einen Winkelbereich emittiert werden, der eine quadratische Form besitzt und bei dem die Kantenlänge jeweils 10 % in x-Richtung und 10 % in y-Richtung beträgt. Die Angabe von 62 % bezieht sich dabei auf den Anteil an der Lichtmenge, die von der Halbleiterlichtquelle 14 emittiert wird. Das heißt, dass auch die an der Lichteintrittsfläche 12 eintretenden Verluste darin bereits enthalten sind.
Für viele Lichtfunktionen ist diese erreichbare Bündelung zu stark. So schreibt der Gesetzgeber z. B. für eine Tagfahrlicht-Lichtverteilung eine horizontale Breite der Lichtverteilung von +/–20 Grad und eine vertikale Höhe von +/–10 Grad auf. Die horizontale Breite entspricht dabei der x-Richtung, und die vertikale Höhe entspricht hier der y-Richtung. Um mit einem Lichtleiter, der auf dem Lichtleiter 38 aus der 6 basiert, eine solche Lichtverteilung zu erzielen, können die dort zur Bündelung unternommenen Maßnahmen teilweise oder ganz unterlassen werden.
Alternativ dazu bietet sich aber auch die Möglichkeit an, die Lichtverteilung durch Aufbringen einer streuenden Struktur auf den Auskoppelflächen des Lichtleiters 38 gezielt aufzuweiten.
Eine solche Ausgestaltung ist in dem Ausführungsbeispiel eines Lichtleiters 38 verwirklicht, das in der 7 dargestellt, ist. Im Einzelnen zeigt die 7 einen Lichtleiter 38, bei dem die der Halbleiterlichtquelle 14 nächstliegende Auskoppelfläche 26 zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform gewölbte Streustrukturen 54 aufweist, die quer zu den Kreisbögen der Auskoppelfläche 26 ausgerichtet über der konvex gewölbten Auskoppelfläche 26 verlaufen. Die Streustrukturen 54 können auf einer oder auf mehreren konvex gewölbten Auskoppelflächen 26 aufgebracht sein.
Die Streustrukturen 54 können als konvex gewölbt aus den Auskoppelflächen herausragende Streustrukturen oder als konkav gewölbte Streustrukturen verwendet werden, die als Vertiefungen in den konvex gewölbten Auskoppelflächen 26 verwirklicht sind. Mit diesen Streustrukturen wird die horizontale Streuung, also die Streuung in der x-Richtung, vergrößert, so dass sich in der x-Richtung eine verbreitete Lichtverteilung ergibt.
Die 8 zeigt verschiedene vom Lichtleiter 38 nach der 7 ausgehende Strahlenbündel, die eine solche Verbreiterung verdeutlichen. Die Winkelbreite ist jedenfalls deutlich größer als der oben angegebene Wert von 10 Grad für eine maximal erreichbare Bündelung.
Die Streustrukturen 54 werden z. B. dadurch erzeugt, dass ein Teil eines Zylinders auf die vorhandene Auskoppelfläche 26 aufgelegt wird, wobei der Teil so geformt ist, dass er der Krümmung der Auskoppelfläche 26 folgt. Es handelt sich daher um einen längs seiner Zylinderachse gebogenen Teil, also um einen Teil eines Torus. Die gebogene Zylinderachse liegt dabei jeweils in einer Ebene, die durch einen Radius des kreisausschnittförmigen Lichtleiters 38 und die z-Richtung aufgespannt wird. Es ist bekannt, dass ein solcher Zylinder parallel auftreffendes Licht in (+/–)-x-Richtung streut. Die darunter liegende Auskoppelfläche 26 dient dagegen der Fokussierung.
Die Addition dieser beiden Strukturen führt in erster Näherung zur Addition der Wirkungsweisen. In den 7 und 8 sind jeweils Teile konvexer Zylinder dargestellt. Konkave Zylinder würden ebenso wirken. Abweichungen von der Kreisform solcher Streuzylinder können dazu benutzt werden, bestimmte Winkelbereiche stärker auszuleuchten als andere Winkelbereiche, indem z. B. der Abschnitt des Kreises, der für die Streuung in diesem bestimmten Winkelbereich zuständig ist, vergrößert wird. Die kreiszylinderförmigen Streustrukturen sind dabei nur ein Beispiel möglicher Streustrukturen. Andere Beispiele besitzen eine Ellipsenform, eine Parabelform oder eine Freiform, bei der jedes Oberflächensegment von seiner Lage her so berechnet ist, dass es aus einer bestimmten Richtung von innen her einfallendes Licht in eine bestimmte Richtung nach außen abstrahlt.
Neben einer Erhöhung der Streubreite kann es auch erwünscht sein, z. B. bei einem um die z-Richtung verdrehten Einbau, das enge Strahlenbündel in seiner Gesamtheit um einen bestimmten Winkel zu verschwenken. Damit kann z. B. eine Einbausituation kompensiert werden, bei der die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters nicht normal zu ihrer Hauptabstrahlrichtung ausgerichtet sein soll. Dies kann an gestalterischen Vorgaben oder an Bauraumproblemen liegen.
Um dies zu erreichen, zeichnet sich eine weitere Ausgestaltung dadurch aus, dass wenigstens eine der Auskoppelflächen 26 des Lichtleiters 38 zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform Ablenkkeile aufweist, die dazu eingerichtet sind, das von dem Lichtleiter 38 bei einer über die Eintrittsfläche erfolgenden Einkoppelung von Licht abgestrahlte Lichtbündel im Ganzen zu schwenken.
Die 9 zeigt eine Simulation der Beleuchtungsstärke für den Gegenstand der 6 bis 8. Dabei wird der Lichtleiter 38 aus einer Position betrachtet, die in seiner Abstrahlrichtung z liegt. Die innerhalb der Kreissegmentfläche der äußeren Umrisse des Lichtleiters 38 liegenden geschlossenen Kurven besitzen jeweils eine zur y-Richtung symmetrische Form. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Helligkeit jeweils längs einer solchen Linie konstant ist. Absolut betrachtet nimmt die Helligkeit dabei von weiter außen liegenden Kurven zu weiter innen liegenden Kurven hin ab.
Die 9 verdeutlicht, dass der wesentliche Anteil des von dem Lichtleiter 38 emittierten Lichtstroms aus einem rechteckigen Bereich austritt, der sich symmetrisch nach rechts und links von der Hauptausbreitungsrichtung y aus im Lichtleiter 38 erstreckt. Daraus folgt, dass man ohne große Effektivitätseinbuße, also ohne große Lichtverluste, die in positiver und negativer x-Richtung weiter außen liegenden dunklen Bereiche, in denen die 9 keine geschlossenen Kurvenzüge mehr zeigt, kappen kann.
Auf diese Weise entsteht ein nahezu rechteckiger Lichtleiter, den man als Modul betrachten kann. Solche Module können zu einem zusammenhängenden neuen Lichtleiter vereinigt werden, bei dem sich die einzelne Module an den entstehenden Rechteckseiten berühren. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Lichtleiters ist in der 10 dargestellt.
Die 10 zeigt eine solche Lichtleiteranordnung, die aus erfindungsgemäßen Lichtleitern mit abgeschnittenen dunklen Seitenbereichen zusammengesetzt ist. Die in der 10 dargestellte Anordnung kann dadurch erzeugt werden, dass zwei Lichtleitermodule 60 einander berühren und zusammengefügt werden. Alternativ dazu kann sie auch dadurch erzeugt werden, dass die dargestellte Form als einstückiges Spritzgussteil erzeugt wird. 10 verdeutlicht auf jeden Fall, wie eine für manche Lichtfunktionen gesetzlich vorgegebene Mindestleuchtfläche durch Zusammenfügen mehrerer Module 60 erreicht werden kann, wobei jedes Modul 60 dadurch entsteht, dass man von einem Lichtleiter 38, wie er in den 6 bis 9 vorgestellt wurde, die dunklen Seitenbereiche schneidet.
Jedes Modul 60 wird in dem in der 10 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine eigene Halbleiterlichtquelle 14 mit Licht gespeist. Um einen direkten Blick auf die Halbleiterlichtquelle 14 zu verhindern, oder um günstigere Umgebungstemperaturen für die Lichtquelle zu erzielen, wurde die Halbleiterlichtquelle in dem Ausführungsbeispiel, das in der 10 dargestellt ist, unter ein undurchsichtiges Teil, zum Beispiel unter einen Abdeckrahmen, verlegt. Das Licht der Halbleiterlichtquellen 14 gelangt dann durch zwei Zuleitungen 62 in die eigentlichen Lichtleitermodule 60. Die Zuleitungen 62 können als zusätzliches bündelndes Bündelungsvolumen dienen, wenn sie entsprechend ausgestaltet sind. Das bedeutet, dass die Zuleitungen 62 bevorzugt so aufgebaut sind, dass sich ihr Querschnitt, ausgehend von ihrer jeweiligen Lichteintrittsfläche, mit zunehmender Annäherung an die eigentlichen Lichtleitermodule 60 kontinuierlich vergrößert, wie es weiter oben unter Bezug auf das Bündelungsvolumen 28 erläutert worden ist.
Die 10 belegt die Möglichkeit, einen Souffleusenreflektor (Halbschalen-Reflektor) durch einen solchen Lichtleiter zu ersetzen. Der zu erreichende Wirkungsgrad ist ähnlich hoch wie bei einem Souffleusenreflektor. Als Vorteil gegenüber einem Souffleusenreflektor ergibt sich noch, dass die Beleuchtungsstärke homogener verteilt ist. Außerdem kann die Verspiegelung des Souffleusenreflektors eingespart werden und die benötigte Bautiefe ist geringer als bei einem bei Souffleusenreflektor. Vorteilhaft ist auch, dass ein solcher Lichtleiter ein zusätzliches Designelement darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19803518 A1 [0002, 0003]

Claims

Lichtleiter (10), der eine Lichteintrittsfläche (12) und ein Auskopplungsvolumen (16) aufweist, das zwischen einer ersten Seite (18) und einer zweiten Seite (20) des Lichtleiters (10) liegt, wobei die zweite Seite (20) Umlenkflächen (22) aufweist, die dazu eingerichtet sind, auf sie einfallendes Licht so auf die erste Seite (18) umzulenken, dass es über die erste Seite (18) mit einer Hauptabstrahlrichtung ausgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (18) einzelne, voneinander räumlich getrennte und in der Hauptabstrahlrichtung relativ zueinander versetzte Auskoppelflächen (26) aufweist und dass die in der zweiten Seite (20) liegenden Umlenkflächen (22) ebenfalls in Hauptabstrahlrichtung relativ zueinander versetzt sind, wobei die Auskoppelflächen (26) und die Umlenkflächen (22) aufeinander abgestimmt so dimensioniert und angeordnet sind, dass jeweils eine der Auskoppelflächen (26) jeweils nur von genau einer Umlenkfläche (22) von der zweiten Seite (20) her beleuchtet wird und dass der Lichtleiter (10) ein zwischen der Lichteintrittsfläche (12) und dem Auskoppelvolumen (16) liegendes Bündelungsvolumen (28) aufweist, das dazu eingerichtet ist, den Öffnungswinkel des in das Auskopplungsvolumen (16) eintretenden Lichtbündels zu verringern.
Lichtleiter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (10) zu jeder Auskopplungsfläche (26) eine Abschattungsfläche (30) aufweist, die auf der ersten Seite (18) in einer Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes innerhalb des in das Auskoppelvolumen (16) eintretenden Lichtbündels vor der Auskoppelfläche (26) und quer zu der Hauptausbreitungsrichtung angeordnet ist.
Lichtleiter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (10) mehrere, von der Lichteintrittsfläche (12) aus betrachtet in einer Reihe hintereinander liegende Auskoppelflächen (26) aufweist und zu jeweils einer Auskoppelfläche (26) genau eine Umlenkfläche (22) und genau eine Abschattungsfläche (30) aufweist.
Lichtleiter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auskoppelfläche (26) und eine zur Beleuchtung dieser Auskoppelfläche (26) eingerichtete Umlenkfläche (22) so dimensioniert sind, dass die Auskoppelflächen (26) bei über die Lichteintrittsfläche (12) eingekoppeltem Licht gleich hell erscheinen.
Lichtleiter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen (26) eine Form aufweisen, die das über die jeweilige Auskoppelfläche (26) austretende Licht bündelt.
Lichtleiter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen (26) längs eines Querschnitts, dessen Richtung mit der Richtung von in dem Lichtbündel propagierenden Licht übereinstimmt, eine Querschnittsform aufweisen, die das über die jeweilige Auskoppelfläche (26) austretende Licht bündelt.
Lichtleiter (38), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante (40), die eine Abschattungsfläche (30) von einer Auskoppelfläche (26) trennt die von dieser Abschattungsfläche (30) abgeschattet wird, einen Winkelausschnitt aus einem ersten Kreisbogen ist, eine diese Auskoppelfläche (26) auf ihrer der Abschattungsfläche (30) abgewandten Seite begrenzende Kante (44) ein Winkelausschnitt aus einem zu dem ersten Kreisbogen konzentrischen zweiten Kreisbogen ist, und dass die Kanten (46, 48), die die zugehörige Umlenkfläche (22) begrenzen, konzentrisch zu dem ersten Kreisbogen und dem zweiten Kreisbogen verlaufende Winkelausschnitte weiterer Kreisbögen sind.
Lichtleiter (38) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen (26) quer zu ihrer Kreisbogenform konvex gewölbt sind.
Lichtleiter (38) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen (26) zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform konvex gewölbte Streustrukturen aufweisen, die quer zu den Kreisbögen ausgerichtet aus den konvex gewölbten Auskoppelflächen (26) herausragen.
Lichtleiter (38) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform konkav gewölbte Streustrukturen aufweisen, die als Vertiefungen in den konvex gewölbten Auskoppelflächen (26) verwirklicht sind.
Lichtleiter (38) nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Auskoppelflächen (26) zusätzlich zu ihrer konvex gewölbten Kreisbogenform Ablenkkeile aufweist, die dazu eingerichtet sind, das von dem Lichtleiter (38) bei einer über die Eintrittsfläche (12) erfolgenden Einkoppelung von Licht abgestrahlte Lichtbündel im ganzen zu schwenken.
Lichtleiter (10; 38) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen (26) außerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskopplungsvolumen (16) eintretenden Lichtbündels liegen.
Lichtleiter (10; 38) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelflächen (26) innerhalb des Öffnungswinkels des in das Auskopplungsvolumen (16) eintretenden Lichtbündels liegen.
Lichtleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Lichtleiter (60) aufweist, von denen jeder einzelne die Merkmale von einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und die in der Lichtleiteranordnung benachbart und mit parallelen Außenkanten aneinander angrenzend angeordnet sind.