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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der
FR 2 922 303 A1 ist ein Spektrometer zur Analyse von Kraftstoffen bekannt.
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Aus der
US 7 222 968 B2 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Anzeigevorrichtungen mit einem Mikrospiegelsystem bekannt, dem über eine Projektionsoptik drei farblich unterschiedliche Lichtstrahlen zugeleitet werden. Die jeweiligen Lichtquellen sind in einem äußeren Seitenbereich eines Reflektors mit mehreren Reflektorflächen angeordnet, wobei das von den Lichtquellen abgesandte Licht jeweils von den Reflektorflächen in Richtung einer Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters umgelenkt werden.
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Aus der
DE 10 2007 048 762 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die einen stabförmigen Lichtleiter umfasst. Der Lichtleiter weist eine Mantelfläche auf, an der zum einen das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht totalreflektiert wird und zum anderen über eine Lichtauskoppelfläche nach außen abgestrahlt wird. Damit das Licht unter einem relativ steilen Winkel auf die Lichtauskoppelfläche trifft, sind auf einer zur Lichtauskoppelfläche gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters auf Reflexionselemente als Umlenkmittel angeordnet. Da der Lichtleiter stabförmig ausgebildet ist, ermöglicht die Lichtauskoppelfläche eine langgestreckte, linienförmige Signatur, die beispielsweise für eine Schlusslicht- oder Tagfahrlicht- oder Blinklichtfunktion genutzt werden kann. Da für die Tagfahrlicht- oder Blinklichtfunktion ein höherer Lichtstrom in den stabförmigen Lichtleiter einzukoppeln ist, weist die Beleuchtungsvorrichtung im Bereich der Lichteinkoppelfläche Lichtzuführungsmittel auf, so dass Licht von mehreren Lichtquellen in denselben stabförmigen Lichtleiter einkoppelbar ist. Die Lichtzuführungsmittel sind als an die Lichteinkoppelfläche angeformte Lichtfinger ausgebildet, an deren freien Ende jeweils eine Lichtquelle positioniert ist. Es wird somit an der Lichteinkoppelfläche des stabförmigen Lichtleiters Licht aus unterschiedlichen Richtungen eingekoppelt. Mit steigender Anzahl der Lichtfinger steigen jedoch auch die optischen Verluste bei der Lichteinkopplung. Insbesondere wenn als Lichtquellen Mehrchip-LEDs oder mehrere auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnete LEDs vorgesehen sind, ergeben sich bereits bei Einkopplung in die jeweiligen Lichtfinger aufgrund der räumlich verteilten Anordnung der LEDs Verluste.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem stabförmigen Lichtleiter derart weiterzubilden, dass die Lichteinkopplung von mehreren Lichtquellen an einer gemeinsamen Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters bei hoher Lichtausbeute gewährleistet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
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Die Erfindung ermöglicht eine lichtstarke Signalfunktion, wobei mittels eines Reflektors eine gezielte Fokussierung des von geometrisch verteilt an mehreren Orten angeordneten Lichtquellen abgestrahlten Lichtes auf eine gemeinsame Lichteinkoppelfläche des stabförmigen Lichtleiters erfolgt. Vorteilhaft kann hierdurch eine Lichteinkopplung mit einem relativ hohen Wirkungsgrad erzielt werden. Grundgedanke der Erfindung ist es, einen Reflektor mit einer Mehrzahl von Reflektorflächen, die jeweils auf eine einzige der geometrisch verteilt angeordneten Lichtquellen ausgerichtet sind, so anzuordnen, dass eine Lichteinkopplung in einen stabförmigen Lichtleiter mit einer relativ hohen Lichtausbeute erfolgt.
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Nach der Erfindung sind die Lichtquellen in einem äußeren Seitenbereich des Reflektors angeordnet. Es findet hierbei eine Umlenkung des Lichtes hin zur Lichteinkoppelfläche in einem vorzugsweise spitzen Winkelbereich statt. Alternativ können die Lichtquellen auch in einem Zwischenbereich zwischen dem Reflektor und der Lichteinkoppelfläche des stabförmigen Lichtleiters angeordnet sein. In diesem Fall erfolgt eine Lichtumlenkung in einem stumpfen oder überstumpfen Winkelbereich des von den Lichtquellen abgesandten Lichtes hin zur Lichteinkoppelfläche. Vorteilhaft können hier die unterschiedlichen Lichtquellen auf einem gemeinsamen Träger platzsparend angeordnet sein. Auch die Quererstreckung der Lichteinkopplung kann hierdurch kleiner sein, was einen kompakten Aufbau der Lichteinkopplung ermöglicht.
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Nach der Erfindung ist die Lichteinkoppelfläche des stabförmigen Lichtleiters mit einem trichterförmigen Lichteinkoppelmodul verbunden zur Lichtbündelung in Richtung der Lichteinkoppelfläche. Hierdurch kann die Lichteinkopplung weiter optimiert werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reflektor und/oder sind die Lichtquellen rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse der Lichteinkoppelfläche des stabförmigen Lichtleiters angeordnet. Vorteilhaft kann hierdurch einfach eine an die abzugebende Lichtstärke angepasste Anzahl von Lichtquellen platzsparend montiert werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reflektor und/oder sind die Lichtquellen in einem solchen Abstand zu der Lichteinkoppelfläche angeordnet und/oder relativ zu der Lichteinkoppelfläche dimensioniert, dass das Licht unter einem relativ flachen Eingangswinkel in den stabförmigen Lichtleiter einkoppelbar ist. Vorteilhaft wird hierdurch eine relativ große Lichtführungsrate innerhalb des stabförmigen Lichtleiters gewährleistet, da nicht die Gefahr besteht, dass ein maßgeblicher Teil des eingekoppelten Lichtes bereits im Einkoppelbereich ausgekoppelt wird. Die Lichtauskopplung wird somit allein durch die im Lichtleiter integrierten Umlenkmittel bewirkt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquellen jeweils als mindestens eine auf einer Leiterplatte positionierten LED oder als eine Mehrchip-LED ausgebildet. Nach der Erfindung sind die vorzugsweise nebeneinander angeordneten LEDs einer Lichtquelle einer einzigen Reflektorfläche des Reflektors zugeordnet, so dass effizient eine lichtstarke Einkopplung insbesondere einer nicht punktförmigen Lichtquelle gewährleistet ist. Die Reflektorflächen der Reflektoren sind somit jeweils so geformt, dass sie in der Lage, sind mehrere LEDs einer einzigen Lichtquelle optimal auf die Lichteinkoppelfläche des stabförmigen Lichtleiters umzulenken.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung bilden der Reflektor und die Lichtquellen ein gemeinsames Lichtquellenmodul, das über eine Halte- und/oder Justageeinrichtung zu dem stabförmigen Lichtleiter und/oder dem Lichteinkoppelmodul positionierbar ist.
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Vorteilhaft kann die hier gebildete Baueinheit beispielsweise für unterschiedliche Lichtleiter bzw. Lichtleiterquerschnitten eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtquellenmodul nach einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Lichtquellenmoduls gemäß 1 mit eingezeichneten Lichtstrahlen,
- 3 eine Darstellung des Lichtquellenmoduls gemäß 1 unter Weglassen von seitlich angeordneten Lichtquellen,
- 4 eine Axialansicht des Lichtquellenmoduls gemäß 1,
- 5 eine perspektivische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtquellenmodul nach einer zweiten Ausführungsform,
- 6 eine Seitenansicht des Lichtquellenmoduls gemäß 5 mit eingezeichneten Lichtstrahlen,
- 7 eine perspektivische Darstellung des Lichtquellenmoduls gemäß 5 unter Weglassung der Lichtquellen,
- 8 eine Axialansicht des Lichtquellenmoduls gemäß 5,
- 9 eine perspektivische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtquellenmodul nach einer dritten Ausführungsform,
- 10 eine Seitenansicht des Lichtquellenmoduls gemäß 9 mit eingezeichneten Lichtstrahlen,
- 11 eine perspektivische Darstellung des Lichtquellenmoduls gemäß 9 unter Weglassung der Lichtquellen,
- 12 eine Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtquellenmodul nach einer vierten Ausführungsform,
- 13 eine Seitenansicht des Lichtquellenmoduls gemäß 12 mit eingezeichneten Lichtstrahlen und
- 14 eine perspektivische Darstellung des Lichtquellenmoduls gemäß 12 unter Weglassung der Lichtquellen.
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Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge wird vorzugsweise zur Signalfunktion in Scheinwerfern oder Heckleuchten eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Vorzugsweise dient die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Tagfahrlicht- oder Blinklichtfunktion. Alternativ kann sie auch zur Erzeugung einer Schlusslichtfunktion dienen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung weist im Wesentlichen einen stabförmigen Lichtleiter 1 sowie ein im Bereich einer Stirnseite 2 des Lichtleiters 1 angeordnetes Lichtquellenmodul 3 sowie gegebenenfalls ein trichterförmiges Lichteinkoppelmodul 4 auf, das unmittelbar an der Stirnseite 2 des Lichtleiters 1 befestigt ist.
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Der Lichtleiter 1 - in den Figuren gestrichelt gezeichnet - weist vorzugsweise einen kreisförmigen oder ellipsoidförmigen Querschnitt auf und erstreckt sich geradlinig und/oder bogenförmig innerhalb eines Gehäuses eines Scheinwerfers oder einer Heckleuchte. Die Stirnseite 2 des Lichtleiters 1 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse A (Symmetrieachse) des Lichtleiters 1. Der stabförmigen Lichtleiter 1 weist eine sich an die Stirnseite 2 anschließende Mantelfläche 5 auf, an deren einer Seite (Vorderseite der Beleuchtungsvorrichtung) sich eine langgestreckte, linienförmige Lichtauskoppelfläche erstreckt. Auf einer gegenüberliegenden Seite (Rückseite) sind Umlenkmittel, wie beispielsweise Reflexionselemente bzw. prismenförmige Optikstrukturen, vorgesehen, so dass das auf die Umlenkmittel auftreffende eingekoppelte Licht in Richtung der gegenüberliegenden Seite totalreflektiert und an der Lichtauskoppelfläche ausgekoppelt werden kann.
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Der Lichtleiter 1, das Lichtquellenmodul 3 und das trichterförmige Lichteinkoppelmodul 4 sind vorzugsweise an einer nicht dargestellten gemeinsamen Halte- und/oder Justageeinrichtung befestigt.
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In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheiden sich die Lichtquellenmodule 3; das trichterförmige Lichteinkoppelmodul 4 ist identisch.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 1 bis 4 weist das Lichtquellenmodul 3 zum einen einen als Lichtzuführungsmittel ausgebildeten Reflektor 6 und eine Mehrzahl von Lichtquellen 7 auf. Die Lichtquellen 7 sind auf zwei in einem gegenüberliegenden Seitenbereich des Reflektors 6 positionierten Leiterplatten 8 angeordnet. Auf jeder Leiterplatte 8 befinden sich drei Lichtquellen 7, die jeweils in einem Teilabschnitt 8' (oben), 8'' (Mitte), 8''' (unten) der Leiterplatten 8 angeordnet sind. In 2 ist exemplarisch lediglich der mittlere Abschnitt 8" der Leiterplatte 8 dargestellt. Auf diesem mittleren Abschnitt 8'' sind mehrere LEDs 9 in der Ebene der Leiterplatte 8 verteilt angeordnet. Die LEDs 9 können beispielsweise mittels SMD-Technik auf der Leiterplatte 8 angeordnet sein. Unter LEDs werden allgemein Halbleiterlichtquellen verstanden.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können die Lichtquellen 7 aus einer einzigen LED 9 bestehen.
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Der Reflektor 6 weist jeweils den Lichtquellen 7 zugeordnete Reflektorflächen 10 auf, mittels derer das von den LEDs 9 der jeweiligen Leiterplatteabschnitte 8', 8'', 8''' ausgesandte Licht optimal in Richtung der Stirnseite 2 des Lichtleiters 1 umgelenkt wird.
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In 2 sind lediglich die mittleren Reflektorfläche 10" dargestellt, die das von dem mittleren Abschnitt 8" abgestrahlte Licht L in Richtung des Lichteinkoppelmoduls 4 umlenken.
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Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, erstrecken sich die Lichtquellen 7 und die Reflektorflächen 10 jeweils zu beiden Seiten einer Mittelebene M, die die Mittelachse Ader Lichteinkoppelfläche 11 des Lichtleiters 1 bzw. einer Lichteinkoppelfläche 11' des Lichteinkoppelmoduls 4 schneidet und in Richtung derselben verläuft.
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Die Lichteinkoppelfläche 11' des Lichteinkoppelmoduls 4 weist einen größeren Querschnitt auf als eine Lichtauskoppelfläche 12 des Lichteinkoppelmoduls 4, wobei sich eine die Lichteinkoppelfläche 11' mit der Lichtauskoppelfläche 12 verbindende Mantelfläche 13 des Lichteinkoppelmoduls 4 in Lichtabstrahlrichtung des Lichtquellenmoduls 3 verjüngt. Die Lichtauskoppelfläche 12 des Lichteinkoppelmoduls 4 weist vorzugsweise den gleichen Querschnitt auf wie die Lichteinkoppelfläche 11 des Lichtleiters 1.
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Die Lichtquellen 7 sind in einem äußeren Seitenbereich 14 des Reflektors 6 angeordnet. Die gegenüberliegenden Leiterplatten 8 verlaufen in Lichtabstrahlrichtung des Lichtquellenmoduls 3 geneigt und zueinander gerichtet, so dass das von den Lichtquellen 7 emittierte Licht von dem Reflektor 6 unter einem spitzen Winkel in Richtung des Lichteinkoppelmoduls 4 reflektiert wird. Der Abstand des Lichtquellenmoduls 3, insbesondere des Reflektors 6 zu dem trichterförmigen Lichteinkoppelmodul 4 bzw. der Stirnseite 2 des Lichtleiters 1, ist derart groß gewählt, dass das von dem Lichtquellenmodul 3 abgegebene Licht L unter relativ flachen Eingangswinkel α eingekoppelt wird, siehe 6.
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Nach einer zweiten Ausführungsform des Lichtquellenmoduls 3 gemäß den 5 bis 8 kann ein Reflektor 16 auch rotationssymmetrischähnlich zu der Mittelachse Ader Lichteinkoppelfläche 11, 11' angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Reflektor 16 vier Reflektorflächen 17 auf, denen jeweils eine Leiterplatte 18 zugeordnet ist. Die Leiterplatten 18 weisen jeweils eine Mehrzahl von LEDs 9 auf. Aus 6 ist ersichtlich, dass die Reflektorflächen 17 das Licht L so reflektieren, dass es unter einem relativ flachen Eingangswinkel α auf die Lichteinkoppelfläche 11' des Lichteinkoppelmoduls 4 trifft. Das Lichteinkoppelmodul 4 ist baugleich zu dem gemäß dem Lichtquellenmodul 3 nach der ersten Ausführungsform ausgebildet und weist eine konvexförmige Lichteinkoppelfläche 11' auf. In Abhängigkeit von dem Anwendungsfall kann die Lichteinkoppelfläche 11' auch plan oder konkavförmig ausgebildet sein.
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Die Lichteinkoppelfläche 11' kann optikfrei oder mit einer optischen Strukturierung, beispielsweise mit Fresneloptikelementen, versehen sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Lichtquellenmoduls 3 gemäß den 9 bis 11 ist eine mit einer kreuzförmigen zentralen Ausnehmung 20 versehene Leiterplatte 21 in einem Zwischenbereich zwischen einem Reflektor 22 und dem Lichtleiter 1 bzw. dem Lichteinkoppelmodul 4 angeordnet. Die Lichtquellen 7 sind jeweils an einer radial nach innen weisenden Nase 23 der radförmigen Leiterplatte 21 angeordnet, und zwar auf einer dem Lichtleiter 1 abgewandten Seite. Wie aus 10 zu ersehen ist, wird das von den Lichtquellen 7 abgesandte Licht L unter einem stumpfen oder überstumpfen Winkel mittels Reflektorflächen 22' des Reflektors 22 in Richtung des Lichteinkoppelmoduls 4 reflektiert.
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Da die Lichtquellen 7 nicht radial versetzt, sondern axialversetzt zu dem Reflektor 22 angeordnet sind, kann dieses Lichtquellenmodul 3 relativ platzsparend und kompakt ausgebildet sein.
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Die kreuzförmige Ausnehmung 20 wirkt derart mit den Reflektorflächen 22 zusammen, dass das von den Lichtquellen 7 abgesandte Licht unter Nichtauftreffen der Nasen 23 in Richtung des Lichteinkoppelmoduls 4 reflektiert wird.
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Die Reflektorflächen 22' können ellipsoidförmige Teilflächen aufweisen, siehe 11. Alternativ können die Reflektorflächen auch als Freiformflächen oder als mit Prismenoptikelementen 24 versehene Flächen ausgebildet sein, siehe 14.
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Die 12 bis 14 zeigen eine weitere Ausführungsform des Lichtquellenmoduls 3, das sich im Wesentlichen von der dritten Ausführungsform gemäß den 9 bis 11 dadurch unterscheidet, dass die Reflektorflächen 22' mit den Prismenelementen 24 versehen sind.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Vorzugsweise sind die Lichtquellen 7 bzw. die Leiterplatten 8, 18, 21 mit einem rückseitigen Kühlkörper versehen. Dieser ist Bestandteil des Lichtquellenmoduls 3.
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Das Lichtquellenmodul 3 sowie das Lichteinkoppelmodul 4 können in Abhängigkeit von der Anwendung für unterschiedliche Lichtleiter eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtleiter
- 2
- Stirnseite
- 3
- Lichtquellenmodul
- 4
- trichterförmiges Lichteinkoppelmodul
- 5
- Mantelfläche
- 6
- Reflektor
- 7
- Lichtquellen
- 8, 8', 8'', 8'''
- Leiterplatten / Teilabschnitte
- 9
- LEDs
- 10, 10', 10'', 10'''
- Reflektorflächen
- 11, 11'
- Lichteinkoppelfläche
- 12
- Lichtauskoppelfläche
- 13
- Mantelfläche
- 14
- Seitenbereich
- 15 16
- Reflektor
- 17
- Reflektorflächen
- 18
- Leiterplatte
- 19 20
- kreuzförmige Ausnehmung
- 21
- Leiterplatte
- 22, 22'
- Reflektor / Reflektorflächen
- 23
- Nase
- 24
- Prismenelement
- A
- Mittelachse
- L
- Licht
- M
- Mittelebene
- α
- Eingangswinkel
