DE102012202508A1

DE102012202508A1 - Lichtleitervorrichtung für eine Kraftfahrzeugleuchte

Info

Publication number: DE102012202508A1
Application number: DE201210202508
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendle
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-02-18
Also published as: CN103256564B; CN103256564A; DE102012202508B4

Abstract

Vorgestellt wird eine einstückige Lichtleitervorrichtung für eine Kraftfahrzeugleuchte, welche mehrere nebeneinander angeordnete plattenförmige Lichtleitfinger aufweist, von denen jeder ein erstes Ende und ein zweites Ende und zwei Grenzflächen aufweist, die sich einander so zugewandt gegenüberliegen, dass sich eine Trapezform ergibt. Die Lichtleitervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Lichtleitfinger und ein dazu unmittelbar benachbarter zweiter Lichtleitfinger in der Lichtleitervorrichtung so orientiert angeordnet sind, dass eine Grenzfläche des ersten Lichtleitfingers einer Grenzfläche des zweiten Lichtleitfingers so zugewandt angeordnet ist, dass die Trapez-förmigen Lichtleiter in Ebene nebeneinander liegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine einstückige Lichtleitervorrichtung für eine Kraftfahrzeugleuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Einführung von Licht emittierenden Dioden (LED) als Lichtquellen in Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen ist in den letzten Jahren mit einem immer anspruchsvolleren Styling einhergegangen, das die Entwicklung solcher Beleuchtungseinrichtungen vor große Herausforderungen stellt. Bei Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen wird häufig zwischen Scheinwerfern und Leuchten unterschieden. Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges erzeugen Lichtverteilungen, die das Umfeld so stark beleuchten, dass sich der Fahrer darin sicher orientieren kann. Leuchten erzeugen Signallichtverteilungen, die anderen Verkehrsteilnehmern die Anwesenheit und/oder das Verhalten des Kraftfahrzeugs anzeigen sollen. Beispiel von Leuchten sind Tagfahrlicht-Leuchten, ohne dass dies ein abschließende Aufzählung sein soll.
Gerade im Bereich der Kraftfahrzeugleuchten werden häufig homogen ausgeleuchtete Lichtbänder als Erscheinungsbild für Tagfahrlichter, Blink- und Begrenzungslichter gefordert. Diese Forderung kann zwar durch Kollimatoroptiken mit nachgeschalteten Streuscheiben gut erfüllt werden, jedoch lässt dann das Erscheinungsbild im unbeleuchteten Zustand häufig zu wünschen übrig: Forderungen, die sich auf ein brillantes, tief wirkendes Erscheinungsbild richten, sind mit solchen Optiken nur schwer zu erfüllen. Darüber hinaus ist die Ausleuchtung einer in der Regel dreidimensional gewölbten Streuscheibe mit zahlreichen, treppenförmig angeordneten Lichtquellen und Kollimatoren aufwändig und teuer.
In Hinsicht auf ein homogenes Erscheinungsbild und größtmögliche gestalterische Freiheit, wäre deshalb der Lichtleiter das optische Element der Wahl. Dem stehen jedoch die ernüchternd niedrigen optischen Wirkungsgrade von Lichtleitern entgegen. So liegen typische Lichtleiter-Wirkungsgrade bei lediglich etwa 15%. Dabei wird unter dem Wirkungsgrad der Anteil des von den Lichtquellen ausgehenden Lichtstroms verstanden, der tatsächlich zu der gewünschten Lichtverteilung beiträgt. Dies hat zur Folge, dass zur Realisierung von Blinklicht- oder Tagfahrlichtfunktionen mit Lichtleitern ähnlich starke Lichtquellen eingesetzt werden müssen wie sie sonst nur für Haupt-Lichtfunktionen üblich sind, d.h. für Abblendlicht oder Fernlicht. Die Nachteile hinsichtlich Bauraumbedarf, Wärmeentwicklung und Kosten liegen auf der Hand.
Der Hauptgrund für die geringen Wirkungsgrade liegt im recht schlichten Aufbau der üblichen Lichtleitervorrichtungen, bei denen häufig ziemlich kleine Lichtaustrittsflächen auf sehr große Öffnungswinkel der austretenden Lichtbündel treffen. Damit ist es aber praktisch unmöglich einen größeren Anteil des austretenden Lichts in ein enger begrenztes Zielgebiet zu lenken, was aber für die Realisierung typischer Leuchtenfunktionen notwendig wäre. Darüber hinaus geht an den zahlreichen Auskoppelprismen viel Licht durch Transmission verloren und die großen Lichtleiterlängen führen zu merklichen Absorptionsverlusten und Farbverschiebungen. Die Lichtleiter sind in der Regel ziemlich schmal, so dass das von Prismen ausgekoppelte Lichtbündel in Regel nicht mehr wesentlich fokussiert werden kann. Die Längsausdehnung der Lichtleiter ist dagegen zwar groß, jedoch lässt hier die Doppelnutzung von Grenzflächen als Lichtaustrittsfläche und als Transportfläche keine fokussiereden Geometrien zu.
Eine Kraftfahrzeugleuchte mit einer Lichtleitervorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 102 31 326 A1 bekannt. Die bekannte Lichtleitervorrichtung weist eine Sagittalfläche sowie mehrere nebeneinander angeordnete Lichtleitfinger auf, von denen jeder ein zur Lichteinkopplung dienendes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, das in ein für mehrere Lichtleitfinger gemeinsames Lichtleitervolumen mündet. Jeder Lichtleitfinger weist zwei Grenzflächen auf, die sich einander zugewandt gegenüberliegen, wobei in jeder Grenzfläche wenigstens eine Gerade liegt, welche die beiden Enden des Lichtleitfingers verbindet und deren Verlängerung einen Schnittpunkt mit der Verlängerung einer Geraden aufweist, welche die beiden Enden der anderen Grenzfläche des Lichtleitfingers verbindet.
Die Sagittalfläche ist dabei eine Fläche, in der die Lichtleitfinger nebeneinander liegen.
Die Form der Lichtleitfinger wird in der DE 102 31 326 A1 als tulpenförmig beschrieben. Eine genauere Betrachtung zeigt, dass die dort vorgestellten Lichtleitfinger jeweils zwei Paare von einander gegenüberliegend zugewandten Grenzflächen aufweisen. Die dort als Mantelflächen bezeichneten Grenzflächen eines ersten Paares verlaufen zwischem dem ersten Ende und dem zweiten Ende bogenförmig, beziehungsweise parabelförmig. Die Grenzflächen eines zweiten Paares sind ebene Flächen, die nach der DE 102 31 326 A1 entweder parallel oder in der Propagationsrichtung des Lichtes V-förmig auseinanderlaufend oder pfeilförmig aufeinander zulaufend angeordnet sein können. Dabei sind die Lichtleitfinger der bekannten Kraftfahrzeugleuchte so angeordnet, dass die bogen- oder parabelförmigen Mantelflächen benachbarter Lichtleitfinger einander zugewandt gegenüberliegen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Kraftfahrzeugleuchte mit einer Lichtleitervorrichtung, die weitgehend dieselben gestalterischen Freiheiten wie konventionelle Lichtleiter bietet, gegenüber diesen aber einen signifikant höheren Wirkungsgrad aufweist. Auch soll die erfindungsgemäße Lichtleitervorrichtung ein in Bezug auf die Leuchtdichte homogenes Erscheinungsbild ermöglichen, das zu den Vorzügen konventioneller Lichtleiter nach dem Stand der Technik zählt. Weiterhin soll der Lichtleiter möglichst kleine Wandstärken aufweisen, um die eine kostengünstige Fertigung aus anorganischem Glas oder aus organischem Glas, also aus glasklarem Kunststoff, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lichtleitervorrichtung unterscheidet sich von der bekannten Lichtleitervorrichtung dadurch, dass ein erster Lichtleitfinger und ein dazu unmittelbar benachbarter zweiter Lichtleitfinger in der Lichtleitervorrichtung so orientiert angeordnet sind, dass eine Grenzfläche des ersten Lichtleitfingers einer Grenzfläche des zweiten Lichtleitfingers zugewandt angeordnet ist, wobei für die Grenzfläche des ersten Lichtfingers gilt, dass sie einer weiteren Grenzfläche des ersten Lichtleitfingers zugewandt gegenüberliegt und dass in ihr wenigstens eine Gerade liegt, welche die beiden Enden des Lichtleitfingers verbindet und deren Verlängerung einen Schnittpunkt mit der Verlängerung einer Geraden aufweist, welche die beiden Enden der anderen Grenzfläche des ersten Lichtleitfingers verbindet, und wobei für die Grenzfläche des zweiten Lichtfingers gilt, dass sie einer weiteren Grenzfläche des zweiten Lichtleitfingers zugewandt gegenüberliegt und dass in ihr wenigstens eine Gerade liegt, welche die beiden Enden des zweiten Lichtleitfingers verbindet und deren Verlängerung einen Schnittpunkt mit der Verlängerung einer Geraden aufweist, welche die beiden Enden der anderen Grenzfläche des zweiten Lichtleitfingers verbindet, wobei die genannten Geraden eines Lichtfingers in der Sagittalfläche verlaufen, und wobei der Schnittpunkt der Geraden näher am ersten Ende als am zweiten Ende des Lichtleitfingers liegt.
Im Ergebnis besitzt der Lichtleitfinger daher in zu der Sagittalfläche äquidistant liegenden Sagittalschnitten eine Trapezform, in der die beiden Geraden v-förmig auseinander laufen. Das v öffnet sich dabei in der Richtung, in der sich das das gemeinsame Lichtleitervolumen anschließt.
Als Folge dieser Merkmalskombination, die insbesondere als Spiegelflächen für die Lichtquellen wirken, ergibt sich der erwünschte Effekt, dass ein weit entfernter Beobachter nicht nur die tatsächlich vorhandenen und Lichtströme in die Lichtleitervorrichtung einspeisenden Lichtquellen sieht, sondern dass er zusätzlich noch virtuelle Bilder der realen Lichtquellen sieht, so dass die Lichtaustrittsfläche der Lichtleitervorrichtung scheinbar von einer höheren als der tatsächlich vorhandenen Zahl von Lichtquellen ausgeleuchtet wird und damit insgesamt gleichmäßiger und homogener ausgeleuchtet erscheint als dies beim Stand der Technik der Fall ist.
Der vorgeschlagene Lichtleiter eignet sich für alle Arten von Tagfahr-, Blink- und Begrenzungslichtern mit LED-Lichtquellen wie sie heute mittlerweile standardmäßig bei vielen Kraftfahrzeugherstellern eingesetzt werden. Besonders interessant ist der Einsatz als kombiniertes Tagfahrlicht / Blinklicht durch Einkopplung verschiedenfarbiger LEDs (weiß und gelb).
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Grenzflächen ebene Flächen sind.
Bevorzugt ist auch, dass der Konzentrator dazu eingerichtet ist, aus dem zweiten Ende austretendes Licht in einer Meridionalebene zu konzentrieren, die zu einer Sagittalebene rechtwinklig ist, die durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung definiert wird. Die Lichtleitfinger weisen in einer Ausgestaltung zwischen ihrer Lichteintrittsfläche und ihrer Lichtaustrittsfläche eine Krümmung auf, so dass die Sagittalebene in dieser Ausgestaltung besser als Sagittalfläche bezeichnet wird.
Ferner ist bevorzugt, dass Lichtleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein Licht durch Lichtbrechung sammelndes optisches Element ist.
Bevorzugt ist auch, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein Licht durch interne Totalreflexionen sammelndes optisches Element ist.
Ferner ist bevorzugt, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein Reflektor ist, dessen Reflexionsfläche einen mit Luft erfüllten Reflexionsraum begrenzt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein von der Lichtleitervorrichtung separates Teil ist.
Bevorzugt ist auch, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein stoffschlüssiger Bestandteil der einstückigen Lichtleitervorrichtung ist.
Ferner ist bevorzugt, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator eine glatte, nicht durch Kanten unterbrochene Lichtaustrittsfläche aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator eine Stufen aufweisende Lichtaustrittsfläche aufweist.
Ferner ist bevorzugt, dass der Winkel zwischen den Seitenwänden der Lichtleitfinger in einer Meridionalebene auf jeden Fall kleiner ist als der Winkel zwischen den Seitenwänden des Lichtleitfingers in einer Sagittalebene ist, wobei die Meridionalebene zu der Sagittalebene rechtwinklig ist und die Sagittalebene durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung festgelegt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sich eine Breite des Lichtleitfingers in der Sagittalebene von dem ersten Ende zum zweiten Ende stetig auf wenigstens die doppelte Breite verbreitert, wobei die Sagittalebene oder Sagittalfläche, wie bereits erwähnt, durch die Fläche der Nebeneinanderanordnung festgelegt ist. In der Meridionalebene kann der Lichtleiter gekrümmt sein.
Bevorzugt ist auch, dass eine Länge L der Abwicklung des Lichtleitfingers zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende das 5-fache bis 10-fache der Breite des ersten Endes beträgt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtleitervorrichtung in einer Meridionalebene als konventioneller Lichtleiter ausgeführt ist, so dass das Licht dort zwischen zwei weitgehend äquidistanten Wänden durch interne Totalreflexionen transportiert wird, wobei die Meridionalebene zu der Sagittalebene rechtwinklig ist und die Sagittalebene durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung festgelegt ist. Ferner ist bevorzugt, dass alle Lichtquellen auf einer gemeinsamen ebenen Leiterplatte platziert sind.
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 angegeben 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. Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lichtleitervorrichtung zusammen mit ihrem unmittelbaren technischen Umfeld;
2 eine Schmalseite des Gegenstands aus der 1;
3 den Gegenstand der 2 in einer um 90° gedrehten Position;
4 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 3;
5 einen der Lichtleitervorrichtung nachgeschalteten Konzentrator;
6 eine perspektivische Ansicht einer abgewinkelten Lichtleitervorrichtung;
7 eine Ausgestaltung mit einer gestuften Lichtaustrittsfläche eines nachgeschalteten Konzentrators;
8 eine Ausgestaltung mit einer gestuften Lichtaustrittsfläche der Lichtleitervorrichtung;
9 eine Ausgestaltung mit mehreren verschiedenfarbigen Lichtquellen;
10 eine optische Wirkung eines Lichtleitfingers auf ihn direkt durchstrahlendes Direktlicht;
11 eine Konstruktion virtueller Bilder eines Lichtleitfingers und seiner Lichtquelle;
12 Strahlengänge von Direktlicht und von an Spiegelflächen des Lichtleitfingers reflektiertem Licht;
13 eine Zuordnung von reflektierten und eingespeisten Strahlenbündeln zu einer Lichtquelle;
14 für einen Betrachter bei einer Ausgestaltung der Lichtleitervorrichtung sichtbaren Lichtquellenbilder; und
15 für einen Betrachter bei einer alternativen Ausgestaltung der Lichtleitervorrichtung sichtbaren Lichtquellenbilder.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach gleiche Elemente.
Im Einzelnen zeigt die 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lichtleitervorrichtung 10 zusammen mit einem als optischer Konzentrator wirkenden optischen Element 12 und einem Kühlkörper 14 sowie auf dem Kühlkörper montierten Lichtquellen 16.
Die Lichtquellen sind bevorzugt Halbleiterlichtquellen, insbesondere LED-Chips (LED = Licht emittierende Diode) oder Laserdioden. Die Lichtquellen sind auf einem gemeinsamen Schaltungsträger montiert, der seinerseits an dem Kühlkörper befestigt ist. Über den Schaltungsträger erfolgt die Versorgung mit elektrischer Energie und die Ansteuerung.
Die Lichtquellen sind einzeln und/oder gruppenweise individuell ansteuerbar, so dass der aus jeder Lichtquelle austretende und in den jeweils zugeordneten Lichtleitfinger 18 der Lichtleitervorrichtung 10 eingekoppelte Lichtstrom individuell steuerbar ist. Die Steuerbarkeit umfasst dabei bevorzugt nicht nur eine Umschaltung zwischen dauernd-Ein und dauernd-Aus-Umschaltung, sondern auch eine Steuerung der Helligkeit, was zum Beispiel durch eine Ansteuerung mit einem Tastverhältnis mit einer Signalfrequenz erfolgen kann, die so hoch ist, dass der menschliche Sehsinn eine mittlere Helligkeit wahrnimmt.
Jede einzelne Lichtaustrittsfläche einer Lichtquelle der Lichtquelle ist in einer bevorzugten Ausgestaltung viereckig, insbesondere quadratisch. Die Kantenlänge liegt bevorzugt zwischen 0,3 und 2 mm. Bevorzugt ist auch, dass die Lichtaustrittsfläche eben ist. Bei runden Lichtaustrittsflächen ist bevorzugt, dass der Durchmesser etwa den angegebenen Kantenlängen entspricht. Weißes, rotes oder gelbes Licht abstrahlende LEDs mit diesen Merkmalen werden bei Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen in Serie oder zumindest als Sonderausstattung eingesetzt und sind somit verfügbar.
Die Lichtleitervorrichtung 10 ist als transparenter Festkörper (Glaskörper) ausgeführt. Der transparente Festkörper besteht vorzugsweise aus organischem Glas, also aus Kunststoff. Dies gilt auch für das optische Element 12, das aber nicht aus dem gleichen Material bestehen muss wie die Lichtleitervorrichtung. Organische Gläser sind beispielsweise Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Cycloolefin Polymer (COP), Cycloolefin Copolymer (COC), Polymethacrylmethylimid (PMMI) oder Polysulfon PSU.
Die Lichtleitfinger 18 der in der 1 dargestellten Ausgestaltung weisen jeweils die Gestalt einer Trapez-förmigen Platte mit einer Plattendicke d und einem rechteckigen Querschnitt auf, der sich vom ersten Ende 20 ausgehend zum zweiten Ende 22 des Lichtleitfingers in einer der Hauptpropagationsrichtung des Lichtes entsprechenden Raumrichtung stetig erweitert.
In der dargestellten Ausgestaltung ist die Lichtleitervorrichtung relativ zu dem Kühlkörper so angeordnet, dass jeweils wenigstens eine Halbleiterlichtquelle dicht vor einem ersten Ende 20 eines Lichtleitfingers der Lichtleitervorrichtung liegt, so dass ein aus der Halbleiterlichtquelle austretender Lichtstrom weitgehend vollständig, das heißt zu mehr als 90 %, in den jeweiligen Lichtleitfinger eingekoppelt wird. Dazu ist der Abstand zwischen der meist ebenen Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle und dem ersten Ende möglichst klein, insbesondere nicht größer als wenige Zehntelmillimeter.
Das in den Lichtleitfinger eingekoppelte Licht breitet sich dort vom ersten Ende über das zweite Ende sowie über das für mehrere Lichtleitfinger gemeinsame Lichtleitervolumen 24 zu einer Lichtaustrittsfläche der Lichtleitervorrichtung aus, über die das Licht letztlich ausgekoppelt wird. Das gemeinsame Lichtleitervolumen ist ein Teilvolumen der Lichtleitervorrichtung, das mit den Lichtleitfingern einstückig ist und dass im Lichtweg hinter den zweiten Enden der Lichtleitfinger liegt, also dort, wo sich die vorher getrennten Lichtleitfinger vereinigen.
Der von den Lichtquellen ausgehende Lichtstrom besitzt einen Öffnungswinkel, der viel größer ist als der Winkel, unter dem eine regelkonforme Signallichtverteilung von einer bestimmungsgemäß verwendeten Kraftfahrzeugleuchte aus erscheint. LEDs strahlen mit einer Winkelbreite von bis zu +/–90° ab, während Signallichtverteilungen unter Umständen nur +/–10° in der vertikalen und +/–20° in der Horizontalen breit sind.
Eine Aufgabe der Lichtleitervorrichtung besteht darin, die von den Lichtquellen ausgehenden Lichtströme effizient in den Winkelbereich einer regelkonformen Signallichtverteilung zu konzentrieren.
Diese Konzentration erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lichtleitervorrichtung in zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen auf unterschiedliche Weise, wobei die Konzentration in der einen Ebene von der Konzentration in der anderen Ebene unabhängig ist.
2 zeigt eine Schmalseite des Gegenstands aus der 1. Über das als Konzentrator wirkende optische Element 12 wird der Öffnungswinkel in einer Ebene verringert, die der Zeichnungsebene der 2 entspricht. Diese Ebene wird im Folgenden auch Meridionalebene bezeichnet, weil sie die verschiedenen optischen Achsen der Lichtleitervorrichtung enthält, unter denen hier die Hauptpropagationsrichtung des Lichtes beim Eintritt in die Lichtleitervorrichtung (= Lichteinkopplung) sowie die Richtungen der Lichtauskopplung verstanden werden.
3 zeigt den Gegenstand der 2 in einer um 90° um die Hauptlichtausbreitungsrichtung im Lichtleitfinger gedrehten Position. Die Zeichnungsebene der 3 wird im Folgenden als Sagittalebene bezeichnet, weil sie senkrecht zu der Meridionalebene liegt. Die Lichtleitervorrichtung ist in einer Ausgestaltung um eine zur Meridionalebene senkrechte Achse gekrümmt, so als wenn sie aufgewickelt sein würde. Dann stellt sich die Sagittalebene als gekrümmte Sagittalfläche dar. Für einen solchen Fall entspricht 3 einer Abwicklung der gekrümmten Sagittalfläche in eine Ebene.
Die Lichtleitervorrichtung weist in den zwei senkrecht aufeinander stehenden Meridional- und Sagittalebenen unterschiedliche Charakteristika auf:
In der Meridionalebene, also insbesondere in der Zeichnungsebene der 2, entspricht die Funktion der Lichtleitervorrichtung 10 der Funktion eines konventionellen Lichtleiters: Das Licht wird zwischen weitgehend äquidistanten Seitenflächen durch vielfache Totalreflexion transportiert. Da die Breite der Lichtleitervorrichtung in dieser Meridionalebene zwischen dem ersten Ende 20 und dem zweiten Ende 22 konstant oder zumindest weitgehend konstant bleibt, findet hier ein Lichttransport ohne Lichtkonzentration, also ohne eine Verengung des Strahlenbündels statt. Weitgehend konstant heißt hier, dass der Winkel zwischen den Seitenwänden der Lichtleitfinger in der Meridionalebene auf jeden Fall kleiner ist als der Winkel zwischen den Seitenwänden des Lichtleitfingers in einer Sagittalebene.
In den Sagittalebenen, also zum Beispiel in der Zeichnungsebene der 3, sind die Lichtleitfinger als Trapez-förmige Konzentratoren verwirklicht.
4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der 3. Die Breite B1 des Lichtleitfingers 18 in der Sagittalebene erweitert sich von dem ersten Ende 20 zum zweiten Ende 22 stetig auf etwa die doppelte Breite B2 = 2·B1. 3 zeigt damit insbesondere einen Sagittalschnitt eines Lichtleitfingers, beziehungsweise eine Abwicklung eines solchen Sagittalschnitts. Die Abwicklung des Sagittalschnittes bildet somit weitgehend ein gleichschenkliges Trapez mit etwa folgenden Proportionen:
Das zweite Ende 22 des Lichtleitfingers 18 ist annähernd mindestens doppelt so breit wie das erste Ende 20. Die Länge L der Abwicklung des Lichtleitfingers beträgt ungefähr das 5-fache bis 10-fache der Breite B1 des ersten Endes, so dass sich zwischen den Trapezschenkeln ein Winkel von idealerweise ca. 10° bis ca. 20° ergibt. Die 4 zeigt auch Randstrahlen 26 des in den Lichtleitfinger eingekoppelten Lichtbündels. Die Breite B1 des ersten Endes des Lichtleitfingers ist größer als die entsprechende Abmessung der Lichtquelle, sei es eine Kantenlänge oder ein Durchmesser einer lichtaustrittsfläche der Lichtquelle 16. Bei diesen Größenverhältnissen liegen äußere Ecken 28 des ersten Endes 20 im Schatten des eingekoppelten Lichtbündels und werden daher für die Lichtleitung nicht genutzt.
4 als Ausschnitt aus der 3 zeigt damit insbesondere eine einstückige Lichtleitervorrichtung 10 für eine Kraftfahrzeugleuchte, welche Lichtleitervorrichtung mehrere nebeneinander angeordnete Lichtleitfinger 18 aufweist, von denen jeder ein zur Lichteinkopplung dienendes erstes Ende 20 und ein zweites Ende 22 aufweist, das in ein für mehrere Lichtleitfinger gemeinsames Lichtleitervolumen 24 mündet, wobei jeder Lichtleitfinger 18 zwei Grenzflächen 18.1, 18.2 aufweist, die sich einander zugewandt gegenüberliegen, und wobei in jeder Grenzfläche wenigstens eine Gerade liegt, welche die beiden Enden eines Lichtleitfingers verbindet und deren Verlängerung 18.4 einen Schnittpunkt 18.3 mit der Verlängerung 18.5 einer Geraden aufweist, welche die beiden Enden der anderen Grenzfläche des Lichtleitfingers verbindet. Dabei sind unmittelbar benachbarte Lichtleitfinger in der Lichtleitervorrichtung so orientiert angeordnet, dass eine Grenzfläche des ersten Lichtleitfingers, welche die die in diesem Absatz genannten Bedingungen erfüllt, einer Grenzfläche des zweiten Lichtleitfingers zugewandt angeordnet ist, welche ebenfalls diese Bedingungen erfüllt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Lichtleitfinger 18 in diesen äußeren Ecken Befestigungs- oder Zentrierelemente auf. Solche Elemente sind zum Beispiel angeformt und als Stifte, Nasen, Haken, Löcher usw. verwirklicht.
Somit wird das Lichtbündel im Meridionalschnitt durch eine hinter dem Lichtleiter angebrachte Konzentratoroptik gebündelt während im Sagittalschnitt der konisch ausgeführte Lichtleiter selbst als Konzentrator wirkt.
Auf diese Weise kann die Wandstärke (d.h. die Plattendicke in der 1) der Lichtleitervorrichtung klein gehalten werden, was einerseits eine einfache, kostengünstige Fertigung gewährleistet, weil es die Verwendung organischer Gläser ermöglicht, und weil es erlaubt, den Lichtleiter im Meridionalschnitt abzubiegen, um die Position der Lichtquelle möglichst unabhängig von der Lage der Auskoppelfläche wählen zu können. Ein Abbiegen im Meridionalschnitt entspricht dabei dem bereits erwähnten Wickeln des Sagittalschnitts.
Der in den Meridionalebenen wirksame Konzentrator ist in einer Ausgestaltung, wie sie in den 1 bis 4 dargestellt ist, ein von der Lichtleitervorrichtung verschiedenes Element, das im Lichtweg hinter der der Lichtaustrittsfläche der eigentlichen Lichtleitervorrichtung angeordnet ist.
Ein solcher nachgeschalteter Konzentrator wird in einer Ausgestaltung durch eine Zylinderlinse verwirklicht, wie sie in der 5a dargestellt ist. Die Zylinderlinse ist ein Beispiel eines Licht durch Lichtbrechung sammelnden optischen Elements als in der Meridionalebene wirksamer Konzentrator. Der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er die Divergenz des Lichtbündels an die Anforderungen einer regelkonformen Lichtverteilung anpasst, ohne dabei eine abbildende Projektionslinse darzustellen. Eine Abbildung findet bei der Erfindung nicht statt.
Eine Alternative zu einer Licht nur brechenden Linse ist ein Glaskörper, wie er in der 5b dargestellt ist und der alternativ oder ergänzend zu einer Lichtbrechung an seiner Lichtaustrittsfläche auch noch interne Totalreflexionen an seinen Seitenwänden zur Verringerung des Öffnungswinkels des austretenden Lichtes nutzt. Der Glaskörper ist ein Beispiel eines Licht durch interne Totalreflexionen sammelnden optischen Elements als in der Meridionalebene wirksamer Konzentrator. Die sammelnde Wirkung kann durch eine Licht sammelnd brechende Lichtaustrittsfläche verstärkt werden.
Eine weitere Alternative ist ein in der 5c dargestellter Reflektor, der eine Reflexion an einer Grenzfläche zu einem optisch dichteren Medium, eben der Oberfläche des Reflektors, zur Bündelung nutzt.
Der Reflektor, dessen Reflexionsfläche einen mit Luft erfüllten Reflexionsraum begrenzt, ist ein Beispiel eines Licht durch eine Reflexion an einer Grenzfläche zu einem optisch dichteren Medium sammelnden optischen Elements als in der Meridionalebene wirksamer Konzentrator.
In einer zu nachgeschalteten Konzentratoren alternativen Ausgestaltung ist der Konzentrator ein stoffschlüssiger Bestandteil der Lichtleitervorrichtung. So zeigt die 5d einen Meridionalschnitt durch eine in den Glaskörper der Lichtleitervorrichtung integrierte Zylinderlinse, und die 5e zeigt einen Schnitt durch eine Licht intern reflektierende und an ihrer Lichtaustrittsfläche gegebenenfalls auch noch brechende TIR-Optik (TIR = total internal reflection), die in den Glaskörper der Lichtleitervorrichtung integriert ist. Diese Ausgestaltungen mit integriertem Konzentrator haben den Vorteil, dass keine Fresnel-Verluste auftreten, die sonst beim Einkoppeln des Lichtes in den Konzentrator unvermeidlich wären. Außerdem sind Lichtleiter und Konzentrator automatisch sauber zueinander positioniert.
Im Kern sieht die Erfindung eine Lichtleitervorrichtung vor, die im Meridionalschnitt als konventioneller Lichtleiter ausgeführt ist, so dass das Licht dort zwischen zwei weitgehend äquidistanten Wänden durch interne Totalreflexionen transportiert wird. Dabei wird noch keine nennenswerte Konzentrierung des Lichtbündels erreicht, da die Breite des Lichtleiters zwischen der Lichtleiter-Eintrittsfläche und der Lichtleiter-Austrittsfläche kaum differiert. Das als Folge mit großem Öffnungswinkel aus dem Lichtleiter austretende Strahlenbündel wird anschließend über einen Konzentrator im Meridionalschnitt verengt. Als Konzentrator werden konvexe Linsenflächen und / oder sammelnd wirkende Reflektorflächen verwendet.
Im zum Meridionalschnitt senkrecht stehenden Sagittalschnitt ist der Lichtleiter als Konzentrator mit gerade verlaufenden oder ebenen (d.h. in zwei Raumrichtungen gerade verlaufenden) Seitenflächen verwirklicht. Dabei erweitert sich der Lichtleiter vom Lichteintritt zum Lichtaustritt in einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens um etwa das Doppelte. Durch den trapezförmigen Querschnitt des Lichtleiters wird die Divergenz des Lichtbündels in diesem Schnitt reduziert. Im Gegensatz zu bündelnden Grenzflächen kann so ein gleichmäßigeres Erscheinungsbild erreicht werden. Idealerweise stehen die Breiten der Lichtaustrittsfläche und der Lichteintrittsfläche eines jeweiligen Lichtleitfingers in einem Sagittalschnitt in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander.
Der Konzentrator, der das Lichtbündel im Meridionalschnitt konzentriert, ist im Sagittalschnitt unwirksam. Man verwendet hier vorteilhaft eine Zylinderlinse oder Reflektor- / Linsenflächen, die sich weitgehend senkrecht zum Meridionalschnitt erstrecken. Mehrere Lichtleitfinger werden nun idealerweise nebeneinander angeordnet um ein Erscheinungsbild zu erhalten wie es von konventionellen Lichtleitern her bekannt ist. Im Gegensatz zum konventionellen Lichtleiter verfügt hier jeder einzelne Lichtleitfinger über mindestens eine diesem Element zugeordnete Lichtquelle und leuchtet damit nur einen kleinen Teil der Lichtleitervorrichtung aus. Erst durch das Aneinanderreihen vieler Lichtleitfinger entsteht der Eindruck eines homogen ausgeleuchteten Lichtbandes wie es von Lichtleitern nach dem Stand der Technik bekannt ist.
Weil bei der Erfindung das Licht sowohl im Meridionalschnitt, nämlich z.B. durch eine Zylinderlinse, als auch im Sagittalschnitt, nämlich durch eine Trapezform der Lichtleitfinger, konzentriert werden kann, ist es möglich, fast alles von den Lichtquellen ausgehende Licht im Zielgebiet einer gewünschten Lichtverteilung zu sammeln. Dadurch wird ein sehr guter optischer Wirkungsgrad erzielt. Die Erzeugung der Lichtverteilung für die Signalfunktionen wird dabei zum einen über den wachsenden Querschnitt der einzelnen Lichtleiter erreicht, und zum anderen über ein Licht formendes optisches Element an der Lichtaustrittsfläche.
Da die einzelnen Lichtleitfinger relativ kurz sind, fallen die Absorptionsverluste im Vergleich zu konventionellen Lichtleitern sehr gering aus.
Die erfindungsgemäße Lichtleitervorrichtung benötigt nicht die üblichen kleinen Umlenkprismen, an denen bei konventionellen Lichtleitern viel Licht durch Streuung und Transmission verloren geht. Dadurch wird die optische Ausbeute wesentlich gesteigert.
Die getrennte Ausführung von Lichtleitervorrichtung und Konzentrator in der Meridionalebene hat den Vorteil, dass einerseits große Lichtaustrittsflächen realisiert werden, ohne dass die Querschnitte der optischen Bauelemente dabei unzulässig anwachsen. Das ist für die bei der Herstellung einzuhaltenden Abkühlzeiten, die die Zyklen des Herstellungsprozesses verlängern, relevant. Bei getrennter Ausführung lässt sich die Taktfrequenz des Herstellungsprozesses erhöhen.
Durch Biegen / Abwinkeln der einzelnen Lichtleitfinger ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Positionierung der Lichtquellen. Damit ist es beispielsweise möglich, alle Lichtquellen in einer Ebene zu platzieren, d.h. z.B. auf einer gemeinsamen ebenen Leiterplatte, während die Lichtaustrittsfläche zum Beispiel der Pfeilung zu einer transparenten Abdeckscheibe der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung folgt oder anderweitig gebogen oder gekrümmt sein kann, um gestalterische Anforderungen zu erfüllen.
Die 6a zeigt eine abgewinkelte Lichtleitervorrichtung in einem Meridionalschnitt und die 6b zeigt eine perspektivische Ansicht einer abgewinkelten Lichtleitervorrichtung. So können die Lichtquellen beispielsweise auf einer gemeinsamen, ebenen Leiterlatte angeordnet werden obwohl die Lichtaustrittsfläche der Lichtleitervorrichtung gepfeilt und geneigt ist. Unter Kostengesichtspunkten ist es sehr vorteilhaft, die Lichtquellen auf einer ebenen, starren Platine anzuordnen.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere Lichtleitervorrichtungen, die an ihrer Oberfläche glatt und klar sind und deren Lichtaustrittsfläche gleichmäßig ausgeleuchtet ist.
Sollen Leuchten mit sehr starker Pfeilung realisiert werden, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, mindestens eine der folgenden Flächen so abzustufen, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitervorrichtung oder des Konzentrators in einem Sagittalschnitt ungefähr senkrecht zur Fahrtrichtung x stehen.
7 zeigt eine Ausgestaltung mit einer gestuften Lichtaustrittsfläche 29 des optischen Elements 12.
8 zeigt eine Ausgestaltung mit einer gestuften Lichtaustrittsfläche 30 der Lichtleitervorrichtung. Die Stufen ermöglichen eine Lichtauskopplung auch bei stark gepfeilten Lichtaustrittsflächen.
Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass auch die Lichteintrittsfläche 31 des Konzentrators, also des optischen Elements 12, Prismen oder Mikrolinsen aufweist. Dies gilt für sämtliche Ausgestaltungen, nicht nur für die Gegenstände der 7 und 8.
9 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die jeweiligen Lichtleitfinger 18 durch mehrere verschiedenfarbige, getrennt ansteuerbare Lichtquellen 32 (zum Beispiel gelb) und 34 (zum Beispiel weiss) gespeist werden. Damit lassen sich unterschiedliche Signalfunktionen wie Tagfahrlicht, Blinklicht und Begrenzungslicht mit teilweise unterschiedlichen Lichtfarben kostensparend mit einer Lichtleitervorrichtung realisieren.
Da die Verlustquellen der üblichen Lichtleiter bei dieser Konstruktion kaum eine Rolle spielen, können mit Lichtleitern dieses Typs sehr gute Wirkungsgrade von über 50% erreicht werden.
10 veranschaulicht die optische Wirkung eines Lichtleitfingers 18 auf das Direktlicht, unter dem hier Licht verstanden wird, das ohne zwischendurch erfolgende Reflexionen direkt vom ersten Ende 20 zum zweiten Ende 22 propagiert. Im Einzelnen zeigt die 10 einen Trapez-förmigen Lichtleitfinger 18 mit Länge L, Einkoppelbreite B1 an ersten Ende 20 und Auskoppelbreite B2 am zweiten Ende 22. Das Direktlichtbündel wird am zweiten 22 Ende mit dem Öffnungswinkel α emittiert, der weitgehend durch die Länge L und die Breite B2 am zweiten Ende bestimmt wird. Genau genommen hängt α mehr von der optischen Weglänge L_opt ab, für die gilt: L_opt = L × nGlas + s × nLuft. Dabei ist L die geometrische Länge, nGlas die Brechzahl des Lichtleitfingermaterials, nLuft die Brechzahl der umgebenden Luft, und s die Luftspaltbreite zwischen dem ersten Ende des Lichtleitfingers und der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle.
11 veranschaulicht eine geometrische Konstruktion von virtuellen Spiegelbildern eines Lichtleitfingers und einer zugeordneten Lichtquelle. Durch eine Spiegelung des realen Lichtleitfingers 18 an einer als erste Spiegelfläche 36 wirkenden seitlichen Grenzfläche entsteht ein erstes Spiegelbild 38 des Lichtleitfingers 18 und der Lichtquelle 16. Dieses erste Spiegelbild 38 an der als zweite Spiegelfläche 40 wirkenden seitlichen Grenzfläche erneut reflektiert werden, wodurch sich ein zweites Spiegelbild 42 von Lichtleitfinger 18 und Lichtquelle 16 ergibt. Dieses kann nun wiederum an der ersten Spiegelfläche reflektiert werden usw.
12 veranschaulicht die Strahlengänge des Direktlichtes und von Licht, das an Spiegelflächen des Lichtleitfingers 18 reflektiert wird. 12a zeigt den Direktlicht-Strahlengang aus der 10 mit Öffnungswinkel α0. 12b zeigt Strahlengänge von reflektiertem Licht mit Öffnungswinkeln α1 und α2. Die reflektierten Strahlengänge scheinen von den virtuellen Bildern der jeweiligen reflektierten Lichtquellen herzukommen. Der Strahlengang mit Öffnungswinkel α1 scheint aus dem virtuellen Bild der Lichtquelle 16 zu kommen, das durch die erste Reflexion nach 11 erzeugt worden ist. Der Strahlengang mit Öffnungswinkel α2 scheint aus dem virtuellen Bild der Lichtquelle 16 zu kommen, das durch die zweite Reflexion nach 11 erzeugt worden ist. Die Öffnungswinkel α1, α2 der reflektierten Strahlengänge werden durch die Breite B2 des zweiten Endes 22 des Lichtleitfingers 18 und die optischen Weglängen zwischen dem zweiten Ende 18 und den Spiegelbildern der Lichtquelle 16 bestimmt.
13 veranschaulicht eine Zuordnung von reflektierten und eingespeisten Strahlenbündeln zur Lichtquelle. 13a zeigt den Gesamtstrahlengang von reflektierten Strahlengängen und in den Lichtleitfinger 18 eingespeisten Strahlengang. Der gesamte Öffnungswinkel α_gesamt ergibt sich aus der Überlagerung der einzelnen Strahlenbündel. R1 bezeichnet das erste Spiegelbild des realen Lichtleitfingers 18 und seiner Lichtquelle 16, das durch eine Spiegelung an seiner linken Grenzfläche erzeugt worden ist, so dass dieses erste Speigelbild R1 auf der rechten Seite liegt. R2 bezeichnet das Spiegelbild des ersten Spiegelbildes R1, also das Ergebnis einer zweimaligen Spiegelung. R3 bezeichnet entsprechend das Ergebnis einer dreimaligen Spiegelung, und R4 bezeichnet das Ergebnis einer viermaligen Spiegelung. Analog entstehen die Spiegelbilder Li mit i = 1 bis 4 durch eine i-malige Spiegelung, wobei die erste Spiegelung an der rechten Grenzfläche des Lichtleitfingers 18 erfolgt, so dass das Spiegelbild L1 auf der rechten Seite liegt. Die Randstrahlen des Gesamtöffnungswinkels α_gesamt ergeben sich als Randstrahlen der von den äußeren virtuellen Lichtquellenbildern ausgehenden Strahlengänge unter Berücksichtigung der Brechung beim Lichtaustritt.
Je nach Abstrahlcharakteristik der realen Lichtquelle 16 können zu beiden Seiten noch ein bis zwei Lichtquellenbilder zu sehen sein. In diesem Falle vergrößert sich α_gesamt.
Die 13b stellt dar, wie die Strahlenbündel der Lichtquelle zugeordnet werden. Dabei nimmt die Bündelbreite nach außen hin ab.
14 veranschaulicht die Zahl der Lichtquellenbilder, die der Betrachter bei einer Ausgestaltung der Lichtleitervorrichtung sieht. Bei dieser Ausgestaltung ist die Breite des zweiten Endes des Lichtleitfingers 18 doppelt so groß wie die Breite des ersten Endes des Lichtleitfingers: B2/B1 = 2
Ein weit entfernter Beobachter sieht näherungsweise parallele Strahlen aus dem zweiten Ende 22 des Lichtleitfingers 18 austreten. Dementsprechend kann er ein Feld von etwa der Breite des zweiten Endes 22 einsehen. Ist das Verhältnis der Breiten B1 und B2 des ersten Endes 20 und des zweiten Endes 22 ganzzahlig, so sieht der Betrachter unter verschiedenen Betrachtungswinkeln ungefähr gleich viele Lichtquellen: Die Leuchte erscheint unter unterschiedlichen Winkeln gleich hell. Der Betrachter nimmt also unter verschiedenen Betrachtungswinkeln gleiche Leuchtdichten wahr. Im vorliegenden Beispiel ist B2/B1 = 2. Damit sieht der Betrachter immer zwei Lichtquellen. In 14a sieht er zwei halbe und eine ganze Lichtquelle (1 + 0,5 + 0,5 = 2), in 14b sind zwei volle Lichtquellen zu sehen. Der Zusammenhang gilt nur näherungsweise, da bei kleineren Betrachtungsdistanzen die Randstrahlen nicht mehr parallel sind sondern in Richtung des Betrachters deutlich konvergieren. Des Weiteren sind die Abstände der Lichtquellenbilder nur näherungsweise äquidistant. Tatsächlich nehmen die projizierten Abstände mit jeder Reflexion nach einer Cosinus-Funktion ab, während sich der optische Weg bis zur Auskoppelfläche mit jeder Reflexion vergrößert.
Siehe auch 12b: Die Bündelbreite nimmt nach außen hin ab. Man sieht außen also etwas mehr Lichtquellen. Im Mittel bleibt die Leuchtdichte allerdings konstant, da die Lichtstärke bei der Lichtquelle, die als LED eine Lambertstrahler ist, ebenfalls mit dem cosinus abnimmt.
15 veranschaulicht die Zahl der Lichtquellenbilder, die der Betrachter bei einer anderen Ausgestaltung der Lichtleitervorrichtung sieht. Bei dieser Ausgestaltung ist die Breite des zweiten Endes des Lichtleitfingers 18 dreimal so groß wie die Breite des ersten Endes des Lichtleitfingers: B2/B1 = 3. Dann sind unter verschiedenen Betrachtungswinkeln drei Lichtquellen zu sehen. Ist B2/B1 nicht ganzzahlig, sind unter verschiedenen Betrachtungswinkeln unterschiedlich viele Lichtquellen zu sehen: Die Leuchtdichte schwankt dann je nach Betrachtungswinkel.
Im Ergebnis lässt sich Folgendes festhalten: Die Winkelbreite des Gesamtöffnungswinkels α_gesamt und die optische Weglänge L_opt = L × nGlas + s × nLuft sowie die Anzahl der sichtbaren Lichtquellen bestimmen die Breite der Lichtverteilung, d.h. aus welchen Winkeln die Leuchte noch gesehen werden kann.
Die Breite B2 des Lichtaustritts in Bezug auf die Breite B1 des Lichteintritts bestimmt, wieviele Lichtquellen der Betrachter gleichzeitig sehen kann. Wenn B2/B1 klein ist, sind vergleichsweise wenige Lichtquellen sichtbar. Wenn B2/B1 groß ist, sind vergleichsweise viele Lichtquellen sichtbar. Wenn B2/B1 ganzzahlig ist, sind aus verschiedenen Blickwinkeln immer gleich viele Lichtquellen sichtbar.
Da die Anzahl der insgesamt sichtbaren Lichtquellen vom Öffnungswinkel α der einzelnen Lichtquellen abhängt, bedeutet ein großes Verhältnis B2/B1 eine schmale, stark fokussierte Lichtverteilung. Man sieht dann viele Lichtquellen, diese aber nur von vorne. Ein kleiner Wert von B2/B1 hat dagegen eine breite Lichtverteilung zur Folge. Man sieht dann nur wenige Lichtquellen gleichzeitig, diese aber aus vielen Richtungen.
Da die Aussage zur Breite B2 des Lichtaustritts in Bezug auf die Breite B1 des Lichteintritts wegen der Cosinus-Abhängigkeit nur für die ersten Reflexionen gilt, ist bei großen Verhältnissen B2/B1 mit größeren Inhomogenitäten aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln zu rechnen. Je nach Betrachtungswinkel variiert die Anzahl der gleichzeitig sichtbaren Lichtquellen und damit die Leuchtdichte. Das Erscheinungsbild wird unter größeren Betrachtungswinkeln inhomogen.
Die Breite der Lichtverteilung eines Trapez-förmigen Lichtleitfingers hängt damit vom Öffnungswinkel der einzelnen Strahlenbündel und davon ab, wie sich diese Strahlenbündel überlagern. Der Öffnungswinkel der einzelnen Strahlenbündel bestimmt, wie viele Lichtquellenbilder insgesamt (aus allen Richtungen) gesehen werden können. Je nach Verhältnis von B2/B1 sieht man von diesen Bildern also entweder sehr viele unter kleinen Betrachtungswinkeln (schmale Lichtverteilung) oder sehr wenige unter großen Betrachtungswinkeln (breite Lichtverteilung).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10231326 A1 [0006, 0008, 0008]

Claims

Einstückige Lichtleitervorrichtung (10) für eine Kraftfahrzeugleuchte, welche Lichtleitervorrichtung eine Sagittalfläche sowie mehrere nebeneinander angeordnete Lichtleitfinger (18) aufweist, von denen jeder ein zur Lichteinkopplung dienendes erstes Ende (20) und ein zweites Ende (22) aufweist, das in ein für mehrere Lichtleitfinger gemeinsames Lichtleitervolumen (24) mündet, wobei jeder Lichtleitfinger zwei Grenzflächen (18.1, 18.2) aufweist, die sich einander zugewandt gegenüberliegen, und wobei in jeder Grenzfläche wenigstens eine Gerade liegt, welche die beiden Enden eines Lichtleitfingers verbindet und deren Verlängerung (18.4) einen Schnittpunkt (18.3) mit der Verlängerung (18.5) einer Geraden aufweist, welche die beiden Enden der anderen Grenzfläche (18.2, 18.1) des Lichtleitfingers verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Lichtleitfinger und ein dazu unmittelbar benachbarter zweiter Lichtleitfinger in der Lichtleitervorrichtung so orientiert angeordnet sind, dass eine Grenzfläche des ersten Lichtleitfingers, welche die im Oberbegriff genannten Bedingungen erfüllt, einer Grenzfläche des zweiten Lichtleitfingers zugewandt angeordnet ist, welche ebenfalls die im Oberbegriff genannten Bedingungen erfüllt, so dass die genannten Geraden eines Lichtfingers in der Sagittalfläche verlaufen, und dass der Schnittpunkt der Geraden näher am ersten Ende (20) als am zweiten Ende (22) des Lichtleitfingers liegt.
Lichtleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen (18.1, 18.2) ebene Flächen sind.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator dazu eingerichtet ist, aus dem zweiten Ende austretendes Licht in einer Meridionalebene zu konzentrieren, die zu einer Sagittalebene rechtwinklig ist, die durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung definiert wird.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein Licht durch Lichtbrechung sammelndes optisches Element (12) ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein Licht durch interne Totalreflexionen sammelndes optisches Element ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein Reflektor ist, dessen Reflexionsfläche einen mit Luft erfüllten Reflexionsraum begrenzt.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein von der Lichtleitervorrichtung separates Teil ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator ein stoffschlüssiger Bestandteil der einstückigen Lichtleitervorrichtung ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator eine glatte, nicht durch Kanten unterbrochene Lichtaustrittsfläche aufweist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Meridionalebene wirksame Konzentrator eine Stufen aufweisende Lichtaustrittsfläche aufweist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den Seitenwänden der Lichtleitfinger in einer Meridionalebene auf jeden Fall kleiner ist als der Winkel zwischen den Seitenwänden des Lichtleitfingers in einer Sagittalebene ist, wobei die Meridionalebene zu der Sagittalebene rechtwinklig ist und die Sagittalebene durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung festgelegt ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Breite B1 des Lichtleitfingers 18 in der Sagittalebene von dem ersten Ende 20 zum zweiten Ende 24 stetig auf wenigstens die doppelte Breite verbreitert, wobei die Sagittalebene durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung festgelegt ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge L der Abwicklung des Lichtleitfingers zwischen seinem ersten Ende und seinem zweiten Ende das 5-fache bis 10-fache der Breite B1 des ersten Endes beträgt.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitervorrichtung in einer Meridionalebene als konventioneller Lichtleiter ausgeführt ist, so dass das Licht dort zwischen zwei weitgehend äquidistanten Wänden durch interne Totalreflexionen transportiert wird, wobei die Meridionalebene zu der Sagittalebene rechtwinklig ist und die Sagittalebene durch die Ebene der Nebeneinanderanordnung festgelegt ist.
Lichtleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lichtquellen auf einer gemeinsamen ebenen Leiterplatte platziert sind, während die Lichtaustrittsfläche gebogen oder gekrümmt ist.