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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Heutzutage kommen in Kraftfahrzeugen vermehrt Beleuchtungseinrichtungen in der Form von Lichtleitern zum Einsatz, bei denen das Licht einer Lichtquelle über Totalreflexion zwischen Lichtleitungsflächen geleitet wird und über eine Austrittsfläche austritt. Dabei erweist es sich als problematisch, dass aus bestimmten Betrachtungswinkeln auf den Lichtleiter die Lichtquelle direkt sichtbar wird, was zu einer Blendung des Betrachters führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend einen Lichtleiter zu schaffen, welche eine Blendung für bestimmte Betrachtungswinkel vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen PKW und gegebenenfalls auch für einen LKW, vorgesehen. Die Einrichtung umfasst einen Lichtleiter zur totalreflektierenden Leitung von Licht entlang eines Paars von gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen, wobei gegebenenfalls auch mehrere Paare solcher Lichtleitungsflächen vorgesehen sein können. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Paar von gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen um plane Fläche. Insbesondere kann der Lichtleiter dabei als Quader ausgestaltet sein. Nichtsdestotrotz können die Lichtleitungsflächen auch gekrümmt sein und z. B. einen Lichtleiter in der Form eines Zylinders bilden. Das im Lichtleiter geleitete Licht stammt von zumindest einer Lichtquelle und wird über eine Einkoppelfläche in den Lichtleiter eingekoppelt. Ferner ist eine Austrittsfläche vorgesehen, an der das Licht unter Aufhebung der Totalreflexionsbedingung aus dem Lichtleiter austritt.
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Im Lichtleiter der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist zumindest ein Abschnitt vorgesehen ist, der eine Fläche aufweist, welche sich in einem Bereich zwischen den gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen erstreckt, wobei der zumindest eine Abschnitt ein Übergang von einem ersten Medium zu einem zweiten Medium in Richtung der Lichtausbreitung im Lichtleiter umfasst und wobei das erste Medium eine höhere Brechzahl als das zweite Medium aufweist. Das erste Medium ist somit ein optisch dichteres Medium als das zweite Medium. Der zumindest eine Abschnitt des Lichtleiters ist ferner derart ausgestaltet, dass zumindest ein Teil des Lichts der zumindest einen Lichtquelle über Totalreflexion an dem zumindest einen Abschnitt reflektiert wird und der gesamte durch den zumindest einen Abschnitt transmittierte Teil des Lichts der zumindest einen Lichtquelle im Wesentlichen ohne Richtungsänderung durch den zumindest einen Abschnitt hindurchgeht. D. h., die Strahlen dieses transmittierten Lichtanteils verändern nach Durchgang durch den zumindest einen Abschnitt ihren Strahlwinkel nicht bzw. nur unwesentlich und weisen allenfalls einen Versatz auf. Der zumindest eine Abschnitt hat somit im Gegensatz zu Linsen keine Brechkraft. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist den Vorteil auf, dass Lichtstrahlen im Lichtleiter, welche ansonsten aus dem Lichtleiter austreten würden, durch Totalreflexion an dem zumindest einen Abschnitt reflektiert werden, so dass Blendeffekte in bestimmten Betrachtungswinkeln vermieden werden.
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Die Fläche des zumindest einen Abschnitts, die sich in einem Bereich zwischen den gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen erstreckt, kann gegebenenfalls durch den gesamten Querschnitt des Lichtleiters laufen. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass nur ein Teil des Querschnitts des Lichtleiters durch die Fläche abgedeckt wird. Vorzugsweise liegt die Abdeckung des Lichtleiterquerschnitts dabei im Bereich von mindestens 50% und insbesondere von mindestens 80% oder mehr. Die Fläche des zumindest einen Abschnitts erstreckt sich in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen senkrecht zu den gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen. Nichtsdestotrotz kann die Fläche gegebenenfalls auch geneigt zu den gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen verlaufen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der zumindest eine Abschnitt einen Spalt im Lichtleiter, der das zweite Medium enthält. Vorzugsweise ist dieser Spalt dabei ein Luftspalt, d. h. das zweite Medium ist in diesem Fall Luft.
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Eine einfache Fertigung des als Spalt ausgebildeten Abschnitts wird in einer weiteren Variante der Erfindung dadurch erreicht, dass der Spalt ausschließlich an einer der beiden Lichtleitungsflächen offen ist. In diesem Fall lässt sich der Spalt z. B. im Rahmen der Herstellung des Lichtleiters über ein Spritzgussverfahren mit einem der Form des Spalts entsprechenden Werkzeug bilden, das nach dem Spritzgießen aus dem Lichtleiter entfernt wird.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Abschnitt an dem Ende des Lichtleiters angeordnet, an dem sich die Einkoppelfläche befindet. Auf diese Weise können besonders effizient von der Lichtquelle stammende Strahlen geeignet abgelenkt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erste oder zweite Medium Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat, welche bevorzugte Materialien zur Herstellung eines Lichtleiters sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtleitungsfläche des Paars von gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen die Austrittsfläche, wobei die der Austrittsfläche gegenüberliegende Seite der anderen Lichtleitungsfläche eine Auskoppelstruktur umfasst, über welche ein Teil des Lichts im Lichtleiter derart auf die Austrittsfläche gelenkt wird, dass dieser Teil des Lichts unter Aufhebung der Totalreflexionsbedingung über die Austrittsfläche aus dem Lichtleiter austritt. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Lichtleiter entlang seiner Lichtleitungsflächen nicht nur Licht weiterleitet, sondern auch eine Leuchtfläche bildet. Die Ausbildung von Auskoppelstrukturen in Lichtleitungsflächen ist dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Auskoppelstrukturen können beispielsweise durch eine in der Lichtleitungsfläche ausgebildete Prismenanordnung oder eine aufgeraute Oberfläche erzeugt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erstreckt sich die Einkoppelfläche im Wesentlichen parallel zu einer der Lichtleitungsflächen, wobei ein Umlenkmittel vorgesehen ist, welches das über die Einkoppelfläche eingekoppelte Licht derart umlenkt, dass sich zumindest ein Teil des eingekoppelten Lichts zwischen den Lichtleitungsflächen ausbreitet. Auf diese Weise wird eine Anordnung der Lichtquelle hinter dem Lichtleiter erreicht, wodurch die Beleuchtungseinrichtung weniger Platz im begrenzten seitlichen Bauraum des Kraftfahrzeugs einnimmt.
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In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform ist das Umlenkmittel eine reflektierende Fläche, welche zumindest einen Teil des eingekoppelten Lichts reflektiert, wobei die reflektierende Fläche vorzugsweise in einem Winkel von im Wesentlichen 45° zur Einkoppelfläche angeordnet ist. Die reflektierende Fläche kann dabei als separater Umlenkspiegel ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die reflektierende Fläche jedoch eine Endfläche des Lichtleiters, wodurch der Aufbau der Beleuchtungseinrichtung vereinfacht wird. Die Endfläche des Lichtleiters kann dabei mit oder ohne reflektierender Beschichtung ausgestaltet sein. Im letzteren Fall werden nur Lichtstrahlen reflektiert, welche die Totalreflexionsbedingung erfüllen.
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Anstatt der Anordnung der Einkoppelfläche parallel zu einer Lichtleitungsfläche, kann sich die Einkoppelfläche in einer Variante der Beleuchtungseinrichtung auch zwischen den gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen und insbesondere senkrecht zu den gegenüberliegenden Lichtleitungsflächen erstrecken.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist eine lichtundurchlässige Abdeckung auf der Seite des Lichtleiters angeordnet, auf der sich die Austrittsfläche befindet. Die lichtundurchlässige Abdeckung ist dabei insbesondere derart angeordnet, dass der Austritt von an dem zumindest einen Abschnitt reflektiertem Licht aus der Beleuchtungseinrichtung verhindert wird. Im Vergleich zum Stand der Technik kann die Abdeckung dabei geringere Abmessungen aufweisen. Vorzugsweise erstreckt sich die Abdeckung von dem zumindest einen Abschnitt in eine Richtung weg von der vorgesehenen Lichtausbreitung im Lichtleiter, so dass nur ein geringer Bereich der Austrittsfläche von der Abdeckung bedeckt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfasst die Einkoppelfläche eine Einkoppeloptik, mit der der Eintritt der Lichtstrahlen in den Lichtleiter geeignet beeinflusst wird. Beispielsweise kann die Einkoppeloptik eine Kollimatorlinse umfassen.
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Vorzugsweise werden als Lichtquelle für die Beleuchtungseinrichtung eine oder mehrere Leuchtdioden, z. B. eine oder mehrere Laserdioden, verwendet. Je nach Anwendungsfall können die Leuchtdioden Weißlicht oder monochromatisches Licht ausstrahlen, oder es können in der Beleuchtungseinrichtung entsprechende Filter vorgesehen sein, um das Licht der Leuchtdioden in die erwünschte Farbe (z. B. Rot für ein Rücklicht) zu wandeln.
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Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung als Signalleuchte verwendet, wie z. B. als Tagfahrlicht und/oder als Markierungslicht und/oder als Abbiegelicht und/oder als Blinklicht und/oder als Heckleuchte und/oder als Bremslicht. Gegebenenfalls kann die Beleuchtungseinrichtung jedoch auch einen Scheinwerfer zur aktiven Beleuchtung der Umgebung des Fahrzeugs bilden, wie z. B. ein Abblendlicht oder ein Fernlicht.
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Neben der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen umfasst.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung; und
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3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
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1 zeigt eine herkömmliche Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug unter Verwendung eines Lichtleiters 1. Der Lichtleiter besteht dabei aus einem geeigneten transmissiven Material, insbesondere aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Der Lichtleiter 1 ist im Schnitt dargestellt und fungiert als Signalleuchte, z. B. als Rücklicht. Der Lichtleiter ist als Quader ausgestaltet, von dem im Schnitt der 1 die Seitenflächen 4 und 5 ersichtlich sind, wobei der Lichtaustritt aus dem Lichtleiter über die Seitenfläche 5 erfolgt, welche im Folgenden auch als Austrittsfläche bezeichnet wird. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle 2 in der Form einer Leuchtdiode, wobei gegebenenfalls auch mehrere solcher Leuchtdioden vorgesehen sein können. Das Licht der Leuchtdiode 2 fällt auf eine Einkoppelfläche 3 des Lichtleiters, die im vorliegenden Fall eine Einkoppeloptik in die Form einer Kollimatorlinse umfasst. Das vordere Ende des Lichtleiters ist abgeschrägt, wodurch eine schräge Fläche 7 gebildet wird, welche eine reflektierende (z. B. metallische) Beschichtung aufweist. Durch die Fläche 7, welche im 45°-Winkel zur Einkoppelfläche 3 angeordnet ist, wird somit eine Umlenkung des Lichts der Leuchtdiode 2 bewirkt.
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Beispielhaft sind in 1 mit gestrichelten Linien P1 Strahlenverläufe im Lichtleiter ausgehend von dem Mittelpunkt der Lichtquelle 2 angedeutet. Die Strahlung im Lichtleiter wird über Totalreflexion an den Flächen 4 und 5 weitergeleitet, wobei in der hier beschriebenen Ausführungsform die Fläche 4 eine Auskoppelstruktur umfasst, die lediglich schematisch durch einen gepunkteten Balken angedeutet ist. Diese Auskoppelstruktur, welche z. B. aus einer Vielzahl von Prismen bestehen kann, hat die Wirkung, dass Licht im Lichtleiter, welches auf die Auskoppelstruktur fällt bzw. diese streift, in verschiedene Richtungen umgelenkt wird und auch mit Winkeln kleiner als dem Totalreflexionswinkel auf die Austrittsfläche 5 trifft und dann über diese Fläche austritt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Licht im Lichtleiter entlang der Ausbreitungsrichtung auch kontinuierlich austritt, so dass durch die Fläche 5 eine Leuchtfläche gebildet wird.
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Aus Bauraumgründen ist in 1 die Lichtquelle 2 hinter dem Lichtleiter 1 angeordnet, weshalb eine Umlenkung über die Fläche 7 erforderlich ist. Gegebenenfalls kann hierzu auch ein separater Spiegel genutzt werden. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Lichtquelle 2 tritt nunmehr der Fall auf, dass bei seitlicher Betrachtung der Beleuchtungseinrichtung die Lichtquelle für den Betrachter direkt sichtbar wird, was zu Blendeffekten führt. Dies ist in 1 beispielhaft für die Strahlen P2 angedeutet, welche vom linken Rand der Lichtquelle 2 stammen. Für einen Betrachter aus einer seitlichen Richtung, der durch das Betrachterauge A angedeutet ist, sind diese Strahlen ohne weitere Maßnahmen sichtbar. Da die Blendung durch diese Strahlen unerwünscht ist, wird in der Beleuchtungseinrichtung der 1 eine Abdeckung 8 verwendet, die jedoch eine relativ weite Ausdehnung in die Lichtaustrittsfläche 5 hinein aufweist, so dass die Leuchtfläche der Beleuchtungseinrichtung deutlich reduziert wird.
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Zur Umgehung der Problematik einer breiten Abdeckung 8 wird in der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 2 vorgeschlagen, einen Luftspalt 6 in den Lichtleiter 1 zu integrieren. Der prinzipielle Aufbau der Ausführungsform der 2 entspricht dabei größtenteils der 1. Es werden deshalb in 2 und auch in der weiter unten beschriebenen 3 die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher bzw. einander entsprechender Bauteile verwendet. 2 zeigt analog zu 1 eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleiter 1 und Lichtquelle 2, bei der das Licht seitlich über die Einkoppelfläche 3 eingekoppelt und über die reflektierende Fläche 7 umgelenkt wird. Dabei ist die Fläche 4 wiederum eine Auskoppelfläche, über welche Lichtstrahlen derart abgelenkt werden, dass sie über die Austrittsfläche 5 austreten.
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Im Unterschied zu 1 ist am rechten Rand der Einkoppelfläche 3 ein Luftspalt 6 ausgebildet, der sich von der Fläche 4 senkrecht in den Lichtleiter 1 hinein und über einen Großteil des Querschnitts des Lichtleiters erstreckt. Durch den Spalt wird ein Übergang von dem optisch dichteren Medium des Lichtleiters zu dem optisch dünneren Medium der Luft erzeugt. Demzufolge werden Lichtstrahlen, welche mit einem Winkel größer als dem Totalreflexionswinkel auf die linke Seite des Luftspalts fallen, reflektiert. Durch diese Totalreflexion werden die Strahlen P2, welche in der Ausführungsform der 1 ohne Verwendung der Abdeckung 8 für einen seitlichen Betrachter sichtbar sind, am Spalt 6 reflektiert und treten über die Fläche 7 aus. Aufgrund dieser Strahlenablenkung am Luftspalt kann nunmehr die Abdeckung 8 wesentlich kürzer ausgestaltet sein. Wie in 2 angedeutet, ist es ausreichend, dass sich die Abdeckung im Wesentlichen nur oberhalb der Einkoppelfläche befindet, da ein seitlicher Austritt der Lichtstrahlen nicht mehr möglich ist. Auf diese Weise kann die Leuchtfläche des Lichtleiters vergrößert werden, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass es nicht zu einer direkten Blendung über die Leuchtdiode 2 bei seitlichem Betrachtungswinkel kommt.
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Der in 2 gezeigte Luftspalt 6 kann gegebenenfalls auch anders ausgestaltet sein. Insbesondere kann sich der Luftspalt auch durch den gesamten Lichtleiter 5 erstrecken. Ferner kann die erfindungsgemäße Ablenkung von Lichtstrahlen über einen Luftspalt auch in Lichtleitern realisiert werden, bei denen das Licht im Lichtleiter nur geleitet wird und schließlich an einem Ende des Lichtleiters austritt. Auch in diesem Fall können bei seitlicher Betrachtung des Lichtleiters Blendeffekte durch die Lichtquelle 2 auftreten. Ferner kann die Erfindung auch in einer Beleuchtungseinrichtung realisiert sein, bei der die Lichtquelle 2 nicht seitlich am Lichtleiter, sondern an dessen Stirnfläche angeordnet ist. Eine solche Variante ist in 3 gezeigt.
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In der Ausführungsform der 3 ist die Lichtquelle 2 nunmehr direkt an der Stirnfläche des Lichtleiters 1 angeordnet, und der Lichtleiter weist keine schräge Reflexionsfläche 7 mehr auf. Das Licht der Lichtquelle tritt an der Stirnfläche über die Einkoppeloptik 3 in den Lichtleiter, wobei die Ausbreitung des Lichts wiederum durch die Pfeile P1 angedeutet ist. Zur Verdeutlichung ist dabei auch die Auskopplung von Lichtstrahlen über die Auskoppelfläche 4 wiedergegeben. Dabei streift der untere Strahl P1 die Auskoppelstruktur, wodurch eine Streuung des Strahls in verschiedene Richtungen bewirkt wird, was über die Strahlungspfeile P1' angedeutet ist. Diese Strahlen fallen mit einem Winkel kleiner als dem Totalreflexionswinkel auf die Austrittsfläche 5, so dass sie dort den Lichtleiter verlassen.
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Auch in der Ausführungsform der 3 tritt das Problem auf, dass ohne den dargestellten Luftspalt 6 bei seitlicher Betrachtung der Beleuchtungseinrichtung (angedeutet durch das Betrachterauge A) eine Blendung erfolgt. Dies wird durch den Strahl P2 verdeutlicht, dessen Verlängerung bei Abwesenheit des Luftspalts 6 durch die gestrichelte Linie P2' wiedergegeben ist. Man erkennt, dass der Strahl P2' in diesem Fall zum Betrachter gelangt und diesen blendet. Demgegenüber führt die Einbringung des Luftspalts 6 in den Lichtleiter 1 wiederum dazu, dass der Strahl P2 durch Totalreflexion in eine Richtung weg von der vorgesehenen Lichtausbreitung im Lichtleiter abgelenkt wird. Als Konsequenz kann wiederum eine Abdeckung 8 verwendet werden, welche im Vergleich zu einer Ausführungsform ohne Lichtspalt wesentlich kürzer ist. Hierdurch wird ein kleinerer Bereich der leuchtenden Austrittsfläche 5 abgedeckt.
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Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann durch Einbringung eines Luftspalts in einen Lichtleiter der Strahlverlauf im Lichtleiter geeignet beeinflusst werden, um hierdurch eine Blendung aus bestimmten Blickwinkeln zu verhindern. Dies führt in den oben beschriebenen Ausführungsformen dazu, dass ein wesentlich geringerer Bereich der Austrittsfläche des Lichtleiters durch eine Abdeckung bedeckt werden muss. Der erfindungsgemäße Lichtleiter mit Luftspalt lässt sich ggf. auch in Beleuchtungseinrichtungen einsetzen, welche über keine Abdeckung verfügen. Dabei kann über den Luftspalt in geeigneter Weise gesteuert werden, in welchem Bereich die Lichtquelle nicht direkt sichtbar sein soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtleiter
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Einkoppelfläche
- 4
- Auskoppelfläche
- 5
- Austrittsfläche
- 6
- Luftspalt
- 7
- reflektierende Fläche
- 8
- Abdeckung
- A
- Betrachterauge
- P1, P1', P2, P2'
- Strahlverläufe
