DE102013200441B3

DE102013200441B3 - Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einem grabenartige Vertiefungen aufweisenden Lichtleiter

Info

Publication number: DE102013200441B3
Application number: DE201310200441
Authority: DE
Inventors: Hubert Zwick
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-16

Abstract

Vorgestellt wird eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einem Lichtleiter 10 und einer Licht in den Lichtleiter einspeisenden Lichtquelle, welcher Lichtleiter eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die sich längs einer Hauptausbreitungsrichtung des im Lichtleiter propagierenden Lichtes erstreckt, und der wenigstens eine Umlenkfläche aufweist, die auf sie aus dem Inneren des Lichtleiters einfallendes Licht durch interne Totalreflexionen so steil auf die Lichtaustrittsfläche richtet, dass es dort aus dem Lichtleiter austritt, und der eine die Lichtaustrittsfläche längs der Hauptausbreitungsrichtung begrenzende Seitenfläche 28 aufweist. Die Beleuchtungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Umlenkfläche eine Wand einer grabenartigen Vertiefung 38 in der Seitenfläche des Lichtleiters ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung.
Eine aus der DE 10 2007 023 076 A1 sowie eine aus der DE 10 2009 027 792 A1 bekannte Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung weist einen Lichtleiter und eine Licht in den Lichtleiter einspeisende Lichtquelle auf. Der Lichtleiter weist eine Lichtaustrittsfläche auf, die sich längs einer Hauptausbreitungsrichtung des im Lichtleiter propagierenden Lichtes erstreckt. Außerdem weist er wenigstens eine Umlenkfläche auf, die auf sie aus dem Inneren des Lichtleiters einfallendes Licht durch interne Totalreflexionen so steil auf die Lichtaustrittsfläche richtet, dass dieses Licht dort aus dem Lichtleiter austritt. Ferner weist der Lichtleiter eine die Lichtaustrittsfläche längs der Hauptausbreitungsrichtung begrenzende Seitenfläche auf. Die Umlenkfläche ist eine Wand einer grabenartigen Vertiefung in der Seitenfläche des Lichtleiters. Bei der DE 10 2007 023 076 A1 ist ein ebener Teil der Oberfläche des Lichtleiters und als Lichtaustrittsfläche die gebogene Oberfläche des Lichtleiters anzusehen. Eine Auskoppelstruktur ist im ebenen Oberflächenteil des Lichtleiters angeordnet, wobei die Umlenkfläche eine Wand einer grabenartigen Vertiefung in der Seitenfläche des Lichtleiters ist.
Bei der DE 10 2009 027 792 A1 weist die innere Seitenfläche Umlenkflächen auf, die als grabenartige Vertiefungen aufgefasst werden können.
Die DE 10 2007 038 205 A1 zeigt eine Leuchte mit einer Lichtleiterplatte, umfassend zwei einander gegenüberliegende Flächen, wobei die Lichtleiterplatte eine Dicke aufweist sowie mit einer Lichtquelle zum Einkoppeln von Licht in die Lichtleiterplatte und einem sich lediglich über einen Teilbereich der Lichtleiterplatte erstreckenden Lichtauskoppelbereich, wobei die Lichtleiterplatte mehrere in die Lichtleiterplatte integrierte lichtrichtende sowie hiervon verschiedene lichtverteilende Elemente aufweist, die sich jeweils lediglich über einen Teil der Dicke der Lichtleiterplatte erstrecken, um das Licht zu dem Lichtauskoppelbereich zu lenken und in definierter Weise zu verteilen.
Die DE 103 07 806 A1 zeigt eine Leuchte für Kraftfahrzeuge mit einem Gehäuse, das eine durch eine Lichtscheibe verschlossene Lichtdurchtrittsöffnung und wenigstens eine Lichtquelle aufweist, deren Licht sich in etwa parallel zur Lichtdurchtrittsöffnung ausbreitet und mit Hilfe einer Lichtleitvorrichtung, die mehrere in etwa planparallele Auskoppelschichten besitzt, in Querrichtung zur Lichtdurchtrittsöffnung hin so umgelenkt wird, dass es durch diese hindurchtritt und die Lichtscheibe von hinten her durchstrahlt. Um eine Lichtdurchtrittsöffnung weitgehend gleichmäßig durchstrahlen zu können, die nicht schmal und langgestreckt ist, sondern eine kompakte Grundrissform besitzt, ist vorgesehen, dass die Lichtleitvorrichtung in der Weise zumindest in einem Sektor auf ein Zentrum hin orientiert ist, dass sich jede der planparallelen Auskoppelschichten entlang einer Linie erstreckt, die bezüglich des Zentrums in Umfangsrichtung verläuft, wobei die zu verschiedenen planparallelen Auskoppelschichten gehörenden Linien unterschiedliche radiale Abstände vom Zentrum besitzen, und dass das sich in etwa parallel zur Lichtdurchtrittsöffnung von diesem Zentrum ausgeht.
Lichtleiter sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt und zeichnen sich dadurch aus, Licht längs einer Hauptausbreitungsrichtung innerhalb des Lichtleiters nahezu verlustfrei auch über gekrümmte Wege führen und verteilen zu können. Das Prinzip der nahezu verlustlosen Leitung basiert auf dem Phänomen der internen Totalreflexion, bei der auf eine Grenzfläche auftreffendes Licht nahezu vollständig reflektiert wird, solange der gegen die Flächennormale gemessene Auftreffwinkel nicht kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Der Grenzwinkel der Totalreflexion ist abhängig vom Material, aus dem der Lichtleiter gefertigt ist. Eine interne Totalreflexion setzt voraus, dass sich das Licht in einem Medium bewegt, das einen größeren Brechungsindex hat als das Medium jenseits der Grenzfläche.
Um eine gewünschte Lichtverteilung mit Hilfe des Lichtleiters zu erzeugen, muss Licht über die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters ausgekoppelt werden. Dies erfolgt beim Stand der Technik dadurch, dass an einer Grenzfläche des Lichtleiters Auskoppelelemente wie prismatische oder zylindrische Kerben, eine Aufrauhung, ein Farbaufdruck oder etwas Ähnliches angebracht werden. Diese oder andere Auskoppelelemente haben die Aufgabe, das weitgehend längs der Hauptausbreitungsrichtung propagierende und auf die Auskoppelelemente auftreffende Licht quer zur Hauptausbreitungsrichtung umzulenken. Als Folge läuft das an den Auskoppelelementen reflektierte Licht von der Seite des Lichtleiters, die die Auskoppelelemente aufweist, noch einmal quer zu der Hauptausbreitungsrichtung zu der dieser Seite gegenüberliegenden Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters. Aufgrund der vorhergehenden Umlenkung trifft ein großer Teil dieses Lichtes dort unter Winkeln zur Flächennormalen auf, unter denen es keine interne Totalreflexion mehr erfährt, sondern aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird.
Auf die Lichtaustrittsfläche unter hinreichend größeren Winkeln zur Flächennormalen einfallendes Licht wird dagegen nicht ausgekoppelt, sondern es erfährt an der Lichtaustrittsfläche interne Totalreflexionen. Solches Licht stammt von Reflexionen, die nicht an den genannten Auskoppelelementen, sondern an im Lichtweg vor den Auskoppelelementen liegenden Transportflächen erfolgten. Die Lichtaustrittsfläche dient insofern nicht nur der Lichtauskopplung, sondern sie dient auch als Transportfläche für die nahezu verlustlose Lichtleitung.
Bei bekannten Lichtleitern zeichnet sich die Struktur der Auskoppelelemente im sogenannten Nachterscheinungsbild ab. Mit dem Nachterscheinungsbild ist hier ein Erscheinungsbild der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters bei dunkler Umgebung und eingeschalteter Lichtquelle gemeint, wie es von einem Betrachter wahrgenommen wird, der die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung aus einem Punkt betrachtet, der in der Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung liegt. Durch das Abbild der Struktur der Auskoppelelemente ergibt sich eine inhomogene Helligkeitsverteilung in dem Erscheinungsbild, was unerwünscht ist. Gewünscht wird eine möglichst gleichmäßige Helligkeit über der gesamten Licht abgebenden Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters. Außerdem erfolgt die Erzeugung einer breiten Lichtverteilung beim Stand der Technik zu Lasten der Effizienz.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Nachterscheinungsbild des Lichtleiters zu verbessern. Ferner soll mit der Erfindung eine Licht der Lichtquelle effizient nutzende Beleuchtungseinrichtung angegeben werden. Eine hohe Effizienz ergibt sich dann, wenn ein großer Anteil des von der Lichtquelle in den Lichtleiter eingespeisten Lichtes über die Lichtaustrittsfläche in gewünschte Richtungen abgestrahlt wird. Die gewünschten Richtungen sind dabei dadurch definiert, dass die resultierende Lichtverteilung eine regelkonforme Signallicht-Lichtverteilung ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Wie im Folgenden gezeigt wird, ergeben sich daraus die gewünschten Verbesserungen der Homogenität und der Effizienz.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Lichtleiter ein Licht leitendes Volumen aufweist, das durch eine Lichteintrittsfläche, die Lichtaustrittsfläche, eine der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegende Rückseite, eine erste Seitenfläche, eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche, von denen jede jeweils zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Rückseite liegt, und eine Endfläche begrenzt ist, wobei die Lichteintrittsfläche und die Endfläche quer zur Hauptausbreitungsrichtung angeordnet sind und die erste Seitenfläche, die zweiten Seitenfläche, die Rückseite und die Lichtaustrittsfläche sich längs der Hauptausbreitungsrichtung erstrecken, wobei die als Umlenkfläche dienende Wand der grabenartigen Vertiefung quer zu ihrer Seitenfläche liegt und unter einem Winkel gegen die Lichtaustrittsfläche geneigt ist, so dass durch an der ersten Umlenkfläche erfolgende Totalreflexionen das Licht so umgelenkt wird, dass es an der Lichtaustrittsfläche die Bedingungen für die Totalreflexion verletzt und über die Lichtaustrittsfläche aus dem Lichtleiter austritt.
Diese Ausgestaltung bewirkt, dass ein größerer Anteil des über die Lichteintrittsfläche eingekoppelten Lichtes über die Lichtaustrittsfläche in gewünschte Richtungen ausgekoppelt wird als beim Stand der Technik, so dass sich insofern eine verbesserte Effizienz ergibt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die grabenartige Vertiefung eine zweite Wand aufweist, die der als Umlenkfläche dienenden ersten Wand gegenüber liegt. Auch dies führt zu einer verbesserten Effizienz, weil unerwünscht über die erste Wand austretendes Licht durch eine anschließend über die zweite Wand erfolgende Wieder-Einkopplung gewissermaßen wieder eingefangen wird und damit nicht verloren geht.
Bevorzugt ist auch, dass ein Abstand zwischen der als Umlenkfläche dienenden ersten Wand und der zweiten Wand der grabenartigen Vertiefung in einer Längsrichtung der grabenartigen Vertiefung abnimmt oder zunimmt.
Dadurch erfährt das von der zweiten Wand wieder eingefangene Licht eine Richtungsänderung, die einen erneuten Lichtaustritt beim Auftreffen auf eine nachfolgende erste Wand unwahrscheinlicher macht. Auch dies trägt zu einer erhöhten Effizienz bei.
Ferner ist bevorzugt, dass ein Abstand zwischen der als Umlenkfläche dienenden ersten Wand und der zweiten Wand der grabenartigen Vertiefung in Richtung einer Tiefe der grabenartigen Vertiefung abnimmt.
Auch bei dieser Ausgestaltung erfährt das Licht beim Wiedereintritt durch die zweite Wand eine Richtungsänderung, die eine spätere Auskopplung in gewünschte Richtungen begünstigt. Im Ergebnis trägt auch dies zu der angestrebten hohen Effizienz bei. Außerdem ermöglicht der mit zunehmender Tiefe der Vertiefung abnehmende Abstand zwischen erster Wand und zweiter Wand, dass der Lichtleiter in einfacher Art und Weise als Spritzgussteil herstellbar und aus der Spritzgussform entnehmbar ist.
Bevorzugt ist auch, dass die grabenartige Vertiefung an ihrem der Lichtaustrittsfläche zugewandten Ende eine Abschlusswand aufweist, wobei zwei in der Hauptausbreitungsrichtung aufeinander folgende grabenartige Vertiefungen in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der so groß ist, dass ein Lichtstrahl, der an einem rückseitigen Ende der Umlenkfläche einer in der Hauptausbreitungsrichtung zweiten grabenartigen Vertiefung aus der Hauptausbreitungsrichtung umgelenkt wird, gerade an der Abschlusswand der vorhergehenden ersten Vertiefung vorbei auf die Lichtaustrittsfläche fallen kann.
Auf diese Weise wird vermieden, dass Licht, welches von der Umlenkfläche der zweiten grabenartigen Vertiefung in Richtung der Lichtaustrittsfläche umgelenkt wird, auf die zweite Wand der ersten grabenartigen Vertiefung trifft und von dieser in unerwünschte Richtungen reflektiert wird und somit für die Erzeugung der regelkonformen Lichtverteilung verloren geht. Im Ergebnis wird die Homogenität des Erscheinungsbildes des Lichtleiters erhöht, da eine in der Hauptausbreitungsrichtung vorhergehende Vertiefung das von den Umlenkflächen nachfolgender Vertiefungen umgelenkte Licht nicht abschattet. Außerdem trägt dies auch zu der angestrebten hohen Effizienz bei.
Bevorzugt ist auch, dass der Lichtleiter zusätzlich auf seiner Rückseite angeordnete Auskoppelelemente aufweist. Die Kombination der grabenartigen Vertiefungen in den Seitenflächen des Lichtleiters mit Auskoppelelemente an der Rückseite des Lichtleiters führt dazu, dass drei Flächen, die den Lichtleiter begrenzen, Elemente aufweisen, die Licht in Richtung der Austrittsfläche ablenken. Gegenüber dem Stand der Technik wird damit die Anzahl der Flächen reduziert, die eine Reflexion des Lichtes in unerwünschte Richtungen, beispielsweise in Richtung der Endfläche, verursachen. Auf diese Weise wird die Effizienz des Lichtleiters gesteigert. Diese Ausgestaltung eignet sich besonders für kurze Lichtleiter, da als Folge der an sich erwünscht hohen Auskoppeleffizienz die im Lichtleiter verbleibende Lichtstromdichte mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche schneller abnimmt, als wenn nur eine oder zwei auskoppelnde Flächen vorhanden wären.
Bevorzugt ist auch, dass die Auskoppelelemente an der Rückseite als Prismen entsprechend dem Stand der Technik ausgeführt sind.
Besonders bevorzugt ist, dass eine Erstreckung der Seitenfläche in einer Richtung quer zur der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes größer ist als eine Erstreckung der Lichtaustrittsfläche in einer quer zu der Hauptausbreitungsrichtung liegenden Richtung. Durch diese Ausgestaltung wird die Homogenität des Erscheinungsbildes gesteigert.
Außerdem erlaubt diese Ausgestaltung die Erfüllung von Leuchtenfunktionen unterschiedlicher Lichtfarbe und/oder Helligkeitsstufen mit demselben Lichtleiter. Beispielsweise kann an einer Fahrzeugfront ein Tagfahrlicht mit weißem Licht und ein Blinklicht mit gelbem Licht durch denselben Lichtleiter erzeugt werden. Für eine Heckleuchte kann mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ein rotes Bremslicht und ein gelbes Blinklicht realisiert werden.
Bevorzugt ist auch, dass sich der Lichtleiter in der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes über eine größere Länge erstreckt als in quer zu der Hauptausbreitungsrichtung liegenden Richtungen. Diese Ausgestaltung stellt eine bandartige Lichtaustrittsfläche bereit, die durch die grabenartigen Vertiefungen homogen und effizient beleuchtbar ist.
Ferner ist bevorzugt, dass sich die grabenartigen Vertiefungen nur über einen Teil des in ihrer Richtung liegenden Abstandes zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Rückseite erstrecken. Diese Ausgestaltung bewirkt, dass die mit zunehmender Entfernung von der Lichteinkopplung abnehmende Lichtstromdichte zumindest weniger stark abnimmt, als wenn sich die Vertiefungen über den gesamten Abstand erstrecken würden. Dies trägt zu der angestrebten Homogenität des Erscheinungsbildes bei.
Bevorzugt ist auch, dass die Tiefe der grabenartigen Vertiefungen mit in der Hauptausbreitungsrichtung zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche ansteigt. Auch dies trägt dazu bei, dass auch in der Nähe der Endfläche noch ausreichend Licht zur Auskopplung einer regelkonformen Lichtverteilung zur Verfügung steht und die Lichtaustrittsfläche ein gleichmäßig hell leuchtendes Erscheinungsbild bietet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mehrere Lichtleiter aufweist, von denen wenigstens zwei die auf den Lichtleiter bezogenen Merkmale der Erfindung oder einer der bevorzugten Ausgestaltungen aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass jeweils wenigstens eine grabenartige Vertiefung in jeder von zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen liegt.
Alternativ ist bevorzugt, dass wenigstens eine grabenartige Vertiefung in nur einer von zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen liegt, während die jeweils andere Seitenfläche keine grabenartige Vertiefung aufweist.
Ferner ist bevorzugt, dass der Lichtleiter im Raum so gekrümmt ist, dass er eingekoppeltes Licht längs einer mittleren Hauptausbreitungsrichtung führt, die einer gekrümmten Raumkurve folgt.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
1: einen per se bekannten Lichtleiter;
2: ein Nachterscheinungsbild des bekannten Lichtleiters;
3: ein Ausführungsbeispiel eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters;
4a: einen Strahlengang in einem bekannten Lichtleiter;
4b einen Strahlengang in einem Ausführungsbeispiel eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters;
5a Grenzstrahlen an einem bekannten Auskoppelelement;
5b Grenzstrahlen an einem Auskoppelelement eines Ausführungsbeispiels eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters;
6 Strahlengänge an Auskoppelelementen eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters in einer ersten Ebene;
7 Strahlengänge an Auskoppelelementen eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters in einer zweiten Ebene;
8 ein von einem Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter erzeugtes Nachterscheinungsbild;
9 eine Ausgestaltung eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Auskoppelelements;
10 ein mit Hilfe des Gegenstandes der 9 erzeugtes Nachterscheinungsbild;
11 eine Ausgestaltung eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters;
12 eine weitere Ausgestaltung eines Merkmale der Erfindung aufweisende Lichtleiters;
13 ein Leuchtenmodul; und
14 ein Nachterscheinungsbild des Leuchtenmoduls aus der 14;
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt einen per se bekannten stabförmigen Lichtleiter 10. Zur Orientierung im Raum wird ein kartesisches Koordinatensystem eingeführt, dessen Ursprung den Ort einer Lichtquelle markiert, deren Licht in den Lichtleiter eintreten soll. Die y-Achse zeigt in Richtung der Längserstreckung des stabförmigen Lichtleiters 10. Diese Richtung entspricht hier der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im Lichtleiter 10. Die z-Achse zeigt in Richtung einer Tiefe des Lichtleiters 10 und die x-Achse zeigt in Richtung einer Höhe des Lichtleiters 10. Die negative z-Richtung entspricht der Richtung, in der das Licht aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. Dies ist die Abstrahlrichtung des Lichtleiters.
An einer in der Figur linken Stirnseite weist der Lichtleiter 10 eine Lichteintrittsfläche 12 auf, über welche Licht der Lichtquelle in einen ersten Bereich 14 des Lichtleiters eintritt. An den ersten Bereich 14 schließt sich ein zweiter Bereich 16 an. Der zweite Bereich 16 schließt mit einer Endfläche 18 ab.
An einer das Volumen in positiver z-Richtung begrenzenden Rückseite 19 des zweiten Bereichs 16 ist eine Vielzahl von Auskoppelelementen 20 angeordnet. Die Auskoppelelemente 20 sind als ungleichseitige Prismen ausgeführt. Eine der Lichtquelle abgewandte Innenseite 22 der Prismen 20 schließt mit der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes jeweils einen anderen Winkel ein als eine der Lichtquelle zugewandte Innenseite 24. Insgesamt weist die mit den Prismen 20 versehene Rückseite 19 des Lichtleiters 10 ein sägezahnähnliches Profil auf.
Eine den zweiten Bereich 16 des Lichtleiters 10 in der negativen z-Richtung begrenzende Unterseite des zweiten Bereichs 16 ist eine ebene Fläche, die als Lichtaustrittsfläche 26 dient. Die Lichtaustrittsfläche 26 liegt der Rückseite 19 gegenüber. Zwischen der Rückseite 19 und der Lichtaustrittsfläche 26 liegen zwei Seitenflächen 28 und 30.
Das über die Lichteintrittsfläche eingekoppelte Licht erfährt an den ebenen Begrenzungsflächen interne Totalreflexionen und breitet sich als Folge mit einer Hauptausbreitungsrichtung im Lichtleiter aus, die der y-Richtung entspricht und in der sich letztlich die zur y-Achse quer liegende Endfläche 18 befindet. Die ebenen Begrenzungsflächen dienen insofern als Transportflächen. Ein Teil des im Lichtleitervolumen propagierenden Lichtes trifft auf die der Lichtquelle zugewandten Innenseiten 24 der Prismen 20 und wird an diesen so reflektiert, dass es quer zur Hauptausbreitungsrichtung zur Lichtaustrittsfläche 26 läuft. Dort trifft es unter einem so spitzen Winkel zum Lot der Lichtaustrittsfläche 26 auf, dass es dort keine interne Totalreflexion mehr erfährt, sondern über die Lichtaustrittsfläche 26 aus dem Lichtleitervolumen austritt.
2 zeigt ein resultierendes Erscheinungsbild 32 der Lichtaustrittsfläche 26, wie es von einem Betrachter wahrnehmbar ist, der von einem in der Lichtaustrittsrichtung liegenden Punkt auf die Lichtaustrittsfläche blickt. Dieses Erscheinungsbild 32 ist durch eine Abfolge heller Bereiche 34 und dunkler Bereiche 36 charakterisiert, wobei ein dunkler Bereich 36 jeweils zwischen zwei hellen Bereichen 34 liegt. Das Erscheinungsbild 32 bildet insofern die Struktur und Verteilung der Auskoppelelemente 20 ab. Die hellen Bereiche 34 werden von den im Lichtleiter 10 von innen beleuchteten Innenseiten 24 erzeugt, während die im Inneren des Lichtleiters 10 abgeschatteten Innenseiten 22 als dunkle Bereiche 36 abgebildet werden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleiters 10. Im Einzelnen zeigt 3 einen stabförmigen, gerade verlaufenden Lichtleiter mit rechteckigem Querschnitt. Selbstverständlich kann die Erfindung aber auch mit Lichtleitern verwirklicht werden, die einer gekrümmten Raumkurve folgen und/oder mit Lichtleitern, die eine eher flächige Form besitzen und/oder einen von einer Rechteckform abweichenden Querschnitt besitzen.
Für eine bestimmungsgemäße Verwendung des Lichtleiters 10 ist eine Lichtquelle im Ursprung des dargestellten Koordinatensystems anzuordnen. Die y-Achse zeigt in Richtung der Längserstreckung des stabförmigen Lichtleiters 10. Diese Richtung entspricht hier der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im Lichtleiter 10. Die z-Achse zeigt in Richtung einer Tiefe des Lichtleiters 10 und die x-Achse zeigt in Richtung einer Höhe des Lichtleiters 10. Die negative z-Richtung entspricht der Richtung, in der das Licht aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. Dies ist die Abstrahlrichtung des Lichtleiters 10. Bei einer Verwendung des Lichtleiters 10 für Leuchtenfunktionen an der Front eines Kraftfahrzeugs, entspräche die negative z-Richtung und damit die Abstrahlrichtung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Bei einer Verwendung für die Heckbeleuchtung des Kraftfahrzeugs zeigt die z-Achse in Fahrtrichtung.
An einer in der 3 linken Stirnseite weist der Lichtleiter 10 eine Lichteintrittsfläche 12 auf. Von dieser Lichteintrittsfläche 12 ausgehend erweitert sich der quer zur Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im Lichtleiter 10 liegende Querschnitt des Lichtleiters 10 in einem ersten Bereich 14 zunächst stetig. Andere als die dargestellten Ausführungsformen des Lichtleiters 10 können auch erste Bereiche 14 mit konstantem Querschnitt aufweisen.
An den ersten Bereich 14 schließt sich ein zweiter Bereich 16 an. Der zweite Bereich 16 weist hier einen im Mittel konstanten Querschnitt auf. Dies ist allerdings kein wesentliches Merkmal. Der zweite Bereich 16 schließt mit einer Endfläche 18 ab.
Eine den zweiten Bereich 16 des Lichtleiters in der negativen z-Richtung begrenzende Unterseite des zweiten Bereichs 16 ist eine ebene Fläche, die als Lichtaustrittsfläche 26 dient. Die Lichtaustrittsfläche 26 liegt der Rückseite 19 gegenüber, die hier auch als ebene Fläche verwirklicht ist. Zwischen der Rückseite 19 und der Lichtaustrittsfläche 26 liegen zwei das Lichtleitervolumen in der x-Richtung begrenzende Seitenflächen 28 und 30, die einander gegenüber liegen, jeweils quer zur Lichtaustrittsfläche 26 und zur Rückseite 19 angeordnet sind und die hier ebene Flächen sind.
Bei dieser Anordnung von Lichtquelle und Lichtleiter 10 tritt Licht der Lichtquelle, die bevorzugt eine lichtemittierende Diode, oder kurz LED ist, über die Lichteintrittsfläche 12 in den Lichtleiter ein. Der im ersten Bereich 14 stetig anwachsende Lichtleiterquerschnitt sorgt dafür, dass sich der Öffnungswinkel des im Lichtleiter propagierenden Lichtbündels verringert. Dies ergibt sich direkt aus dem Reflexionsgesetz.
Das eingekoppelte Licht erfährt an den ebenen Begrenzungsflächen interne Totalreflexionen und breitet sich als Folge mit einer Hauptausbreitungsrichtung im Lichtleiter aus, die der y-Richtung entspricht und in der sich letztlich die zur y-Achse quer liegende Endfläche 18 befindet. Die ebenen Begrenzungsflächen dienen insofern als Transportflächen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Lichtleiter in seinen beiden Seitenflächen grabenartige Vertiefungen 38 auf. Die grabenartigen Vertiefungen 38 weisen eine der Lichteintrittsfläche 12 zugewandte Grenzfläche auf, die das in Bezug auf die Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im Lichtleiter vor der Grenzfläche liegende Lichtleitermaterial von dem Inneren der grabenartigen Vertiefung 38 trennt.
Ein Teil des im Lichtleitervolumen propagierenden Lichtes trifft auf solche der Lichtquelle zugewandte Grenzflächen der grabenartigen Vertiefungen 38 und wird an diesen so reflektiert, dass es quer zur Hauptausbreitungsrichtung zur Lichtaustrittsfläche 26 läuft und über diese aus dem Lichtleitervolumen austritt.
3 zeigt also insbesondere einen Lichtleiter 10, der eine Lichtaustrittsfläche 26 aufweist, die sich längs einer Hauptausbreitungsrichtung des im Lichtleiter 10 propagierenden Lichtes erstreckt, und der wenigstens eine Umlenkfläche aufweist, die auf sie aus dem Inneren des Lichtleiters einfallendes Licht durch interne Totalreflexionen so steil auf die Lichtaustrittsfläche richtet, dass es dort aus dem Lichtleiter austritt, und der eine die Lichtaustrittsfläche 26 längs der Hauptausbreitungsrichtung begrenzende Seitenfläche 28, 30 aufweist. Der Lichtleiter 10 zeichnet sich hier dadurch aus, dass die Umlenkfläche eine Wand einer grabenartigen Vertiefung 38 in der Seitenfläche 28 und/oder 30 des Lichtleiters 10 ist.
3 zeigt ferner, dass der Lichtleiter 10 ein Licht leitendes Volumen aufweist, das durch eine Lichteintrittsfläche 12, die Lichtaustrittsfläche 26, eine der Lichtaustrittsfläche 26 gegenüberliegende Rückseite 19, eine erste Seitenfläche 28, eine der ersten Seitenfläche 28 gegenüberliegende zweite Seitenfläche 30, von denen jede jeweils zwischen der Lichtaustrittsfläche 26 und der Rückseite 19 liegt, und eine Endfläche 18 begrenzt ist. Dabei sind die Lichteintrittsfläche und die Endfläche quer zur Hauptausbreitungsrichtung y angeordnet, und die erste Seitenfläche, die zweite Seitenfläche, die Rückseite und die Lichtaustrittsfläche erstrecken sich längs der Hauptausbreitungsrichtung. Die als Umlenkfläche dienende Wand der grabenartigen Vertiefung 38 liegt quer zu ihrer Seitenfläche und ist unter einem Winkel gegen die Lichtaustrittsfläche geneigt. Als Folge wird Licht durch Totalreflexion an der ersten Umlenkfläche so umgelenkt, dass es über die Lichtaustrittsfläche aus dem Lichtleiter austritt.
In der dargestellten Ausgestaltung liegen grabenartige Vertiefungen (auch möglich: nur eine grabenartige Vertiefung) in jeder von zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen.
In einer alternativen Ausgestaltung liegt wenigstens eine grabenartige Vertiefung in nur einer der beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen, während die jeweils andere Seitenfläche keine grabenartige Vertiefung aufweist.
3 zeigt einen gerade verlaufenden, nicht gekrümmten Lichtleiter. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Lichtleiter beschränkt. Eine alternative Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Lichtleiter im Raum so gekrümmt ist, dass er eingekoppeltes Licht längs einer mittleren Hauptausbreitungsrichtung führt, die einer gekrümmten Raumkurve führt. Die mittlere Hauptausbreitungsrichtung ist dabei so etwas wie eine Ausgleichskurve, während der wahre Lichtweg sich aus vielen geraden Abschnitten zusammensetzt, von denen jeder zwischen zwei im Lichtweg aufeinander folgenden internen Totalreflexionen liegt.
Die grabenartigen Vertiefungen 38 weisen bei dem in der 3 dargestellten Lichtleiter 10 einen rechteckigen Querschnitt auf, und sie verlaufen über die gesamte Tiefe des Lichtleiters 10. Dabei sind sie gegenüber der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel wird dabei durch die beschriebene Funktion determiniert, die darin besteht, auftreffendes Licht in einem für die gewünschten Abstrahlrichtung geeigneten Winkel zum Lot auf die Lichtaustrittsfläche 26 zur Lichtaustrittsfläche 26 umzulenken. Der Neigungswinkel entspricht insofern dem Neigungswinkel zwischen der Licht umlenkenden Innenseite 24 der Prismen 20 und der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im stabförmigen Lichtleiter nach der 1. Dies ist der Winkel zwischen der in der 1 gepunktet dargestellten Linie 40 und der y-Richtung.
Bei der in der Figur dargestellten Ausgestaltung ist eine Erstreckung der Seitenfläche in einer quer zu der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes liegenden Richtung größer als eine Erstreckung der Lichtaustrittsfläche in einer quer zu der Hauptausbreitungsrichtung liegenden Richtung. Eine große Breite der Seitenflächen quer zur Hauptausbreitung des Lichts führt dazu, dass die grabenartigen Vertiefungen in der Seitenfläche länger sind als dies bei einer kleineren Breite der Fall wäre. Damit werden bei gleicher Ausdehnung des Lichtleiters längs der Hauptausbreitungsrichtung des Lichts eine kleinere Anzahl an Vertiefungen zu Auskopplung des Lichts benötigt, als dies bei schmaleren Seitenflächen der Fall wäre. Somit sind die hellen Bereiche des Erscheinungsbildes durch weniger dunkle Bereiche unterbrochen und die Homogenität des Erscheinungsbildes wird gesteigert.
Außerdem ergibt sich bei Beleuchtungseinrichtungen, die über eine schwache Lichtquelle verfügen und bei denen die Umlenkflächen in zwei gegenüberliegenden, quer zur Hauptausbreitung des Licht im Lichtleiterliegenden schmalen Seitenflächen angeordnet sind, für den Betrachter das Erscheinungsbild von zwei voneinander getrennten dünnen leuchtenden Bändern.
Dieser Effekt tritt bei breiteren Seitenflächen nicht mehr oder nur in einer weniger ausgeprägten Form auf. Aufgrund des längeren Weges, den das Licht von der Umlenkfläche bis zur Lichtaustrittsfläche zurücklegen muss, kommt es zu Streueffekten, die das Erscheinungsbild eines homogen leuchtenden Bandes erzeugen.
Ferner wird durch eine quer zur Hauptausbreitungsrichtung des Lichts breite Seitenfläche der Querschnitt des Lichtleiters quer zur Hauptausbreitungsrichtung vergrößert. Somit steht eine größerer Einkoppelfläche zur Verfügung ohne dass die Lichtaustrittsfläche verändert wird. Eine große Einkoppelfläche ist insofern vorteilhaft, als dass mehrere Lichtquellen vor der Lichteintrittsfläche angeordnet werden können. Somit sind Leuchtenfunktionen unterschiedlicher Lichtfarbe und/oder Helligkeitsstufen mit demselben Lichtleiter darstellbar. Beispielsweise kann an einer Fahrzeugfrontbeleuchtung ein Tagfahrlicht mit weißem Licht und ein Blinklicht mit gelbem Licht durch denselben Lichtleiter erzeugt werden. Für eine Heckleuchte kann mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ein rotes Bremslicht und ein gelbes Blinklicht realisiert werden.
Dadurch, dass sich der Lichtleiter in der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes über eine größere Länge erstreckt als in quer zu der Hauptausbreitungsrichtung liegenden Richtungen, wird eine bandartige Lichtaustrittsfläche erzeugt, die durch die grabenartigen Vertiefungen homogen und effizient beleuchtbar ist und so das erwünschte Erscheinungsbild eines leuchtenden Bandes bietet.
Im Folgenden werden unter Bezug auf die 4 und 5 funktionelle Unterschiede zwischen der Erfindung und dem Stand der Technik sowie daraus resultierende Vorteile erläutert.
4 zeigt in der Teilfigur 4a einen Querschnitt durch einen bekannten Lichtleiter in der yz-Ebene nach 1. Die Teilfigur 4b zeigt die parallel zur xy-Ebene liegende Rückseite 19 eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters.
Im Vergleich mit den 1 und 3 zeigt die 4 nur die Teile des jeweiligen Lichtleiters 10, die von der Lichtaustrittsfläche 26 begrenzt werden.
In beiden Teilfiguren koppelt eine unmittelbar aber berührungslos vor der Lichteintrittsfläche 12 angeordnete Lichtquelle ein Lichtbündel 42 in den Lichtleiter 10 ein. Entsprechend der zum Lot der Lichteintrittsfläche 12 erfolgenden Brechung breitet sich das Lichtbündel im Lichtleiter mit einem Öffnungswinkel aus, der maximal dem doppelten Grenzwinkel der Totalreflexion entspricht und der in den Figuren jeweils zwischen den Randstrahlen 43 des Bündels liegt. Der Grenzwinkel ist abhängig vom Material aus dem der Lichtleiter 10 gefertigt ist. Darüber hinaus ist der Grenzwinkel von dem umgebenden Medium abhängig, das hier in der Regel Luft ist. In diesem Fall beträgt der Grenzwinkel für Polycarbonat (PC) 39°, und für Polymethylmethacrylat (PMMA) liegt der Grenzwinkel in diesem Fall bei 42°.
4a betrifft einen bekannten Lichtleiter. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, trifft ein Teil des eingekoppelten Lichtes auf die Endfläche 18, ohne vorher auf eine Licht zur Lichtaustrittsfläche 26 umlenkende Prismenfläche 24 zu treffen. Der Strahl 44 repräsentiert dabei Licht, dass direkt von der Lichteintrittsfläche zur Endfläche gelangt. Der Strahl 46 repräsentiert Licht, das nach einmaliger Reflexion an der Lichtaustrittsfläche 26, an der ersten Seitenfläche 28 oder an der zweiten Seitenfläche 30 auf die Endfläche 18 trifft. Dieses Licht tritt über die Endfläche 18 aus dem Lichtleiter 10 in nicht gewünschte Richtungen aus und geht so für die Erzeugung einer in anderen Richtungen erwünschten Lichtverteilung verloren. Neben dem direkt auf die Endfläche 18 auftreffenden Licht, geht also auch Licht verloren, das an einer der Transportflächen einmal reflektiert worden ist.
Die Teilfigur 4b zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite 19 eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters. Die Rückseite 19 liegt parallel zur xy-Ebene des Koordinatensystems. Bei diesem Gegenstand erfolgen erwünschte Auskopplungen durch Umlenkungen, die an zwei Seitenflächen erfolgen. Für das über die Endfläche 18 verloren gehende Licht bleibt daher neben dem dort direkt auftreffenden Lichtbündel, das in der 4b durch zwei Grenzstrahlen 48 begrenzt wird, nur Licht übrig, das nach einmaliger Reflexion, die entweder an der Lichtaustrittsfläche 26 oder an der Rückseite 19 erfolgt, zur Endfläche 18 gelangt. Die Grenzstrahlen 48 sind diejenigen Strahlen des Lichtbündels 42, die gerade noch durch die Endfläche 18 unter Brechung aus dem Lichtleiter 10 austreten und somit für die Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung nicht mehr zur Verfügung stehen.
Während beim Stand der Technik somit drei Transportflächen zum Lichtverlust beitragen, sind dies bei dem Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter 10 nur zwei Transportflächen. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die über die Endfläche 18 auftretenden Verluste bei dem Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter 10 kleiner sein werden als bei dem bekannten Lichtleiter 10.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird anhand von 5 erläutert. Die Teilfigur 5a bezieht sich auf den Stand der Technik, und die Teilfigur 5b bezieht sich auf einen Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter 10.
In beiden Teilfiguren 5a und 5b ist der Lichtleiter 10 in einer Seitenansicht parallel zu der yz-Ebene dargestellt, wobei die Darstellung aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung der jeweils zur Auskopplung dienenden Strukturen reduziert ist.
Der in der Teilfigur 5a dargestellte, bekannte Lichtleiter 10 weist an der Rückseite 19 ein Auskoppelelement 20 auf. In einem Punkt 50, der auf der der Lichtquelle zugewandten Innenfläche 24 des Auskoppelelements 20 liegt, treffen Lichtstrahlen unter verschiedenen Winkeln zum Lot in diesem Punkt 50 auf, die aus dem Inneren des Lichtleitervolumens einfallen. Für diesen Punkt 50 gibt es einen steilsten Strahl 64, der gerade noch in das Innere des Lichtleiters zurück reflektiert wird. Der steilste Strahl 64 ist der Strahl, der beim Auftreffen auf die Prismenfläche 24 gerade noch die Bedingungen für die Totalreflexion erfüllt. Weiterhin gibt es in dem Punkt 50 einen flachsten Stahl 54. Der flachste Strahl 54 ist derjenige Strahl, der gerade nicht mehr von einer Kante 56, die die Rückseite 19 mit dem Auskoppelelement 20 bildet, abgeschattet wird.
Eine Normale auf die der Lichtquelle zugewandten Innenseite 24 ist mit dem Bezugszeichen 58 versehen. Der Grenzwinkel der Totalreflexion ist in Bezug auf diese Normale definiert. Lichtstrahlen, die unter einem Winkel zur Normalen 58 auf den Punkt 50 treffen, der kleiner ist als dieser Grenzwinkel werden nicht reflektiert, sondern treten im Punkt 50 aus dem Lichtleiter 10 in unerwünschter Weise aus. Ein als schwarzer Kegel dargestellter Winkelbereich 60 markiert das im Punkt 50 unerwünscht austretende Lichtbündel.
Aus der Teilfigur 5a ist leicht ersichtlich, dass zwischen dem Winkelbereich 60 und dem flachsten Strahl 56 nur ein sehr kleiner Arbeitsbereich 62 bleibt. Nur das in dem Arbeitsbereich 62 auf den Punkt 50 einfallende Licht wird von der Prismenfläche 24 so zur Lichtaustrittsfläche 26 reflektiert, dass es über diese in die gewünschte Abstrahlrichtung austritt, die in der 5a nach unten weist.
Es ist leicht ersichtlich, dass der Arbeitsbereich 62 bei einer Verschiebung des betrachteten Punkts 50 in Richtung zu einer Prismenspitze 66 hin kleiner wird. Der Arbeitsbereich 62 verschwindet schließlich ganz, wenn der Winkel, unter dem der flachste Strahl 54 auf den Punkt 50 trifft, den Grenzwinkel der Totalreflexion erreicht. Im Ergebnis bedeutet dies, dass vergleichsweise viel Licht in unerwünschte Richtungen ausgekoppelt wird, was die Effizienz verringert.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die Teilfigur 5b erläutert, wie dieser Nachteil von der Erfindung verringert wird.
Dargestellt ist in der Teilfigur 5b die Seitenfläche 28 mit der grabenartigen Vertiefung 38. Die Vertiefung 38 weist eine erste Umlenkfläche 68 auf. Die erste Umlenkfläche 68 steht senkrecht zur Seitenfläche 28 des Lichtleiters 10. Die erste Umlenkfläche 68 weist zum Beispiel den gleichen Neigungswinkel zur Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im Lichtleiter 10 auf, wie die der Lichtquelle zugewandte Seite 24 des bekannten Auskoppelelements 20. Diese Neigungswinkel betragen zum Beispiel 30° bis 50°.
In den betrachteten Punkt 50 der ersten Umlenkfläche 68 treffen Lichtstrahlen unter Winkeln zwischen dem Winkel des steilsten Strahles 64 und dem Winkel des flachsten Strahls 54 auf. Der Winkel des steilsten Strahles 64 ist identisch mit dem beim Gegenstand der Teilfigur 5a auftretenden Winkel des dort steilsten Strahls 64. Weil der erfindungsgemäße Lichtleiter 10 keine Kante 56 oder andere Strukturen aufweist, durch die Lichtstrahlen vor dem Auftreffen auf den Punkt 50 abgeschattet werden, treffen auch noch Lichtstrahlen auf die erste Umlenkfläche 68 auf, die gerade nicht mehr parallel zu ihr verlaufen. Folglich ist der Arbeitsbereich 62 zwischen dem flachsten Strahl 54 und dem steilsten Strahl 64 bei dem Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter 10 gemäß 5b wesentlich größer als bei bekannten Lichtleitern 10.
Die Breite des Winkelbereichs 60, der das im Punkt 50 unerwünscht ausgekoppelte Lichtbündel repräsentiert, ist dagegen eine ausschließlich materialabhängige Größe. Das bedeutet, dass der Anteil an dem im Punkt 50 jeweils auftreffenden Lichtes, der letztlich in gewünschte Richtungen ausgekoppelt wird, beim Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter 10 größer ist als beim bekannten Lichtleiter 10, während der Verlustwinkelbereich 60 in beiden Fällen eher gleich ist. Im Ergebnis resultiert daraus eine vergrößerte Effizienz.
Das Licht, das in dem Winkelbereich 60 die Bedingungen für die Totalreflexion verletzt und deshalb unerwünscht aus dem Lichtleiter 10 austritt, ist bei dem in 5a dargestellten bekannten Lichtleiter für die Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung größtenteils verloren. Nur ein kleiner Teil wird über das nachfolgende Auskoppelelement 20, das in der 5a nicht dargestellt ist, aber zum Beispiel aus 1 ersichtlich ist, wieder eingefangen.
5b zeigt auch, dass die erfindungsgemäße grabenartige Vertiefung eine zweite Wand aufweist, die der als Umlenkfläche dienenden ersten Wand gegenüber liegt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik trifft bei dem Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter gemäß 5b das Licht, welches im Winkelbereich 60 die Bedingungen für die Totalreflexion verletzt und deshalb aus dem Lichtleiter 10 austritt, nahezu vollständig auf eine zweite Grenzfläche 70, die eine zweite Wand der grabenartigen Vertiefung 38 ist und die der eine erste Wand der grabenartigen Vertiefung bildenden Umlenkfläche 68 gegenüber liegt und von dieser durch den Leerraum der grabenartigen Vertiefung 38 getrennt ist.
Die zweite Grenzfläche 70 steht bevorzugt senkrecht zur Seitenfläche 28 und bevorzugt parallel oder nahezu parallel zur ersten Grenzfläche 68. Eine vorteilhafte Funktion der zweiten Grenzfläche 70 wird anhand von 6 näher erläutert.
6 zeigt den erfindungsgemäßen Lichtleiter 10 in der yz-Ebene. Auf der in der Figur linken Seite ist eine erste Ausgestaltung der grabenartigen Vertiefung 38 dargestellt. Die erste Ausgestaltung der grabenartigen Vertiefung 38 zeichnet sich dadurch aus, dass die Umlenkfläche 68 und die zweite Grenzfläche 70 parallel zueinander angeordnet sind. Ein Strahl 74 tritt unter Brechung aus der ersten Grenzfläche 68 aus, durchquert die Leere der Vertiefung 38 und tritt durch die zweite Grenzfläche 70 unter Brechung wieder in den Lichtleiter 10 ein. Die Brechung beim Austritt aus dem Lichtleiter 10 wirkt sich vorteilhaft aus, da der Strahl 74 beim Übergang vom optisch dichteren Lichtleiter in die optisch dünnere Umgebungsluft von der Normalen 58 der ersten Grenzfläche 68 weggebrochen wird. Somit können auch in der 6 weit oben verlaufende Strahlen noch auf die zweite Grenzfläche 70 treffen und dadurch wieder in den Lichtleiter 10 eingekoppelt werden.
Allerdings wird der Strahl 74 beim über die zweite Grenzfläche 70 erfolgenden Wiedereintritt in das optisch dichtere Lichtleitermaterial wieder zur Normalen der zweiten Grenzfläche hin gebrochen, so dass der Strahl 74 seinen Weg durch den Lichtleiter 10 parallel versetzt fortführt. Da der Strahl 74 nach dem Eintritt durch die zweite Grenzfläche keine Richtungsänderung erfährt, trifft er unter demselben Winkel auf die Umlenkfläche 68 der nachfolgenden Vertiefung 38, und somit findet auch dort keine Totalreflexion statt. Erst bei hinreichend langem Lichtleiter 10 ist gewährleistet, dass der Strahl 74 eine Richtungsänderung durch eine an der Rückseite 19 erfolgende interne Totalreflexion erfährt, die letztendlich zur Auskopplung über die Austrittfläche 26 führt.
Vorzugsweise wird die Vertiefung 38 in einer zweiten Ausgestaltungentsprechend der rechten Seite der 6 ausgestaltet. Die zweite Ausgestaltung der Vertiefung 38 unterscheidet sich von der in der 6 links dargestellten ersten Ausgestaltung der Vertiefung 38 dadurch, dass die zweite Grenzfläche 70 in der Richtung der Längserstreckung der grabenartigen Vertiefung 38 um einen kleinen Winkel gegen die ersten Grenzfläche 68 geneigt ist.
Dadurch nimmt ein Abstand zwischen der als Umlenkfläche dienenden ersten Wand und der zweiten Wand der grabenartigen Vertiefung in einer Längsrichtung der grabenartigen Vertiefung ab oder zu. Die Flächennormale der zweiten Wand weist in eine andere Richtung, als die Flächennormale der ersten Wand. Deshalb erfährt das Licht beim Durchtritt durch die zweite Wand in den Lichtleiter eine Richtungsänderung, die dazu führt, dass es unter einem Winkel auf eine Umlenkfläche einer der nachfolgenden Vertiefungen trifft, der eine Totalreflexion zulässt. Als Folge kann dieses Licht später in gewünschter Weise über die Lichtaustrittsfläche ausgekoppelt werden und geht daher nicht für die zu erzeugende Lichtverteilung verloren. Dadurch wird die Effizienz des Lichtleiters gesteigert.
Die Umlenkfläche 68 und die zweite Grenzfläche 70 bilden also eine Art Luftprisma, das die Eigenschaft aufweist, einen Strahl 74 in Richtung der negativen z-Achse, das heißt in der Figur nach unten hin, abzulenken. Eine gepunktete Linie 78 symbolisiert in der Figur einen Strahlengang beim Durchgang durch eine plan-parallele Platte (bzw. Leere). Eine gestrichelte Linie 80 stellt den Strahlengang nach Wiedereintritt in den Lichtleiter 10 durch eine zweite Grenzfläche 70 dar, wobei die zweite Grenzfläche 70 um einen Winkel gegen die Umlenkfläche 68 geneigt ist. Der Strahl, welcher der gestrichelten Linie 80 folgt, weist beim Auftreffen auf die Umlenkfläche 68 der nachfolgenden Vertiefung 38 einen anderen Winkel zur Flächennormalen 58 auf, so dass an der nächsten oder übernächsten Vertiefung 38 die Bedingungen für die Totalreflexion erfüllt sind und der Strahl kein weiteres Mal in unerwünschter Weise durch die Umlenkfläche 68 aus dem Lichtleiter 10 austritt.
7 zeigt eine dritte Ausgestaltung der Vertiefung 38. Die 7 zeigt den Lichtleiter 10 in der xy-Ebene. Die Blickrichtung verläuft dabei entlang der Vertiefung 38. Auf der linken Seite der Figur ist die Vertiefung 38 in einer Ausgestaltung dargestellt, in der die Umlenkfläche 68 in Richtung der Grabentiefe parallel zur zweiten Grenzfläche 70 verläuft. Der Abstand der zwischen der ersten Grenzfläche 68 und der zweiten Grenzfläche 70 bleibt also über die Tiefe der Vertiefung 38 konstant.
Auf der rechten Seite der 7 ist die dritte Ausgestaltung der Vertiefung 38 dargestellt. Die dritte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstand zwischen der ersten Grenzfläche 68 und der zweiten Grenzfläche 70 mit zunehmender Tiefe der Vertiefung 38 abnimmt.
Die Ausgestaltungen der Vertiefung 38 mit den nicht parallelen Verläufen der Grabenwände 68, 70 weisen außerdem den Vorteil auf, dass sie eine einfache Entnahme des Lichtleiters 10 aus einer Spritzgussform erlauben.
Selbstverständlich kann die zweite Ausgestaltung mit der dritten Ausgestaltung der Vertiefung 38 kombiniert werden, so dass sich die jeweils erzielten Vorteile addieren.
Es ist noch hinzuzufügen, dass die Effektivität der Vertiefung 38 umso größer wird, je kleiner ein Abstand zwischen der ersten Grenzfläche 68 und der zweiten Grenzfläche 70 ist und je tiefer die Vertiefung 38 in den Lichtleiter 10 hinein reicht.
Betrachtet man den Lichtleiter 10 lediglich unter dem Aspekt der Effizienz, könnte man die Vertiefung 38 anstelle der Prismen 20 an der Rückseite 19 des Lichtleiters 10 anordnen. Um zu gewährleisten, dass die Umlenkfläche 68 der Vertiefung 38 von Licht in dem anhand von 5 erläutertem Bereich 64 getroffen wird, müssen die Vertiefungen 38 so weit voneinander entfernt liegen, dass an den Flächen zwischen den Vertiefungen 38 Totalreflexionen stattfinden können. Das würde aber dazu führen, dass die hellen Linien 34 in der 2 weiter auseinander lägen. Damit wäre ein Nachteil des Standes der Technik vergrößert.
Verzichtet man auf eine Verbesserung des Nachterscheinungsbildes und verkleinert den Abstand zwischen den Vertiefungen 38 auf die Größe der Prismen 20, versieht die zweiten Grenzflächen 70 der Vertiefungen 38 mit den anhand der 6 und 7 erläuterten Winkeln und nutzt somit nur die verbesserte „Wiedereinfangquote”, wird gegenüber dem Stand der Technik die Effizienz erhöht.
Es ist denkbar, den Lichtleiter 10 auf der ersten Seitenfläche 28 und der zweiten Seitenfläche 30 mit den grabenartigen Vertiefungen 38 zu versehen. Weiterhin ist denkbar, die grabenartigen Vertiefungen 38, die auf der ersten Seitenfläche 28 und der zweiten Seitenfläche 30 angeordnet sind, mit Prismen 20 oder anderen bekannten Auskoppelstrukturen, die auf der Rückseite 19 angeordnet sind, zu kombinieren. Eine solche Ausgestaltung ist bei Lichtleitern 10 von Vorteil, die in ihrer Längsrichtung, also in der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes, vergleichsweise kurz sind. Der Grund dafür liegt darin, dass bei einer Auskopplung über drei Flächen, nämlich über die Rückseite 19, die erste Seitenfläche 28 und die zweite Seitenfläche 30, nur wenig Transportfläche zur Lichtleitung mittels Totalreflexion zur Verfügung steht, so dass eine große Länge nicht sinnvoll ist.
8 zeigt ein Nachterscheinungsbild 84, wie es mit dem Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiter 10 gemäß der 3 erzeugt wird. Mit einem solchen Lichtleiter 10 lassen sich zwei nahezu durchgehend leuchtende Linien erzeugen. Eine erste Linie 86 wird durch die grabenartigen Vertiefungen 38 erzeugt, die auf der ersten Seitenfläche 28 angeordnet sind. Eine zweite Linie 88 wird durch die grabenartigen Vertiefungen 38 erzeugt, die auf der zweiten Seitenfläche 30 angeordnet sind.
Unterbrechungen 90 in der ersten Linie 86 und in der zweiten Linie 88 entstehen dadurch, dass dort Licht, dass von der ersten Grenzfläche 68 einer Vertiefung 38 ausgekoppelt wird, auf die zweite Grenzfläche 70 einer benachbarten Vertiefung 38 trifft und somit von dieser abgeschattet wird.
9 zeigt einen Ausschnitt der ersten Seitenfläche 28 oder der zweiten Seitenfläche 30 des erfindungsgemäßen Lichtleiters 10. Diese weist eine erste grabenartige Vertiefung 92 auf, an deren erster Umlenkfläche 68 ein Strahl 74 in Richtung der Lichtaustrittsfläche 26 reflektiert wird. 9 zeigt, dass der Strahl 74 auf die zweite Grenzfläche 70 der in der Figur links benachbarten Vertiefung 94 trifft, und somit nicht die Lichtaustrittsfläche 26 erreicht. Dadurch erscheint die Austrittfläche 26 an dieser Stelle dunkel.
Demgegenüber, ist die erste Vertiefung 92 an einem Ende 96, das der Lichtaustrittsfläche 26 naheliegt, so verkürzt, dass eine Abschlusswand 102 entsteht, die parallel zu einem zweiten Strahl 98 liegt, der von der ersten Grenzfläche 68 einer in der Figur rechts benachbarten Vertiefung 100 in Richtung der Austrittsfläche 26 reflektiert wird. Dieser Strahl 98 trifft damit nicht die zweite Grenzfläche 70 der ersten Vertiefung 92 und kann somit durch die Lichtaustrittsfläche 26 den Lichtleiter 10 verlassen. Dadurch erscheint die Lichtaustrittsfläche 26 an dieser Stelle hell.
9 zeigt insofern eine Ausgestaltung, bei der die grabenartige Vertiefung an ihrem der Lichtaustrittsfläche zugewandten Ende eine Abschlusswand aufweist und bei der zwei in der Hauptausbreitungsrichtung aufeinander folgende grabenartige Vertiefungen in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der so groß ist, dass ein Lichtstrahl, der an einem Rückseitigen Ende der Umlenkfläche einer in der Hauptausbreitungsrichtung zweiten grabenartigen Vertiefung aus der Hauptausbreitungsrichtung umgelenkt wird, gerade an der Abschlusswand der vorhergehenden ersten Vertiefung vorbei auf die Lichtaustrittsfläche fallen kann.
Auf diese Weise wird vermieden, dass Licht welches von der Umlenkfläche der zweiten grabenartigen Vertiefung in Richtung der Lichtaustrittsfläche umgelenkt auf die zweite Wand der ersten grabenartigen Vertiefung tritt und von dieser in unerwünschte Richtungen reflektiert wird und so für die Erzeugung der regelkonformen Lichtverteilung verloren ist. Im Ergebnis wird die Homogenität des Erscheinungsbildes des Lichtleiters erhöht, da die in der Hauptausbreitungsrichtung vorhergehende Vertiefung das von den Umlenkflächen nachfolgender Vertiefungen umgelenkte Licht nicht abschattet.
Ein Nachterscheinungsbild 84, das von einem Lichtleiter 10 erzeugt wird, der auf der ersten Seitenfläche 28 und der zweiten Seitenfläche 30 verkürzte erste Vertiefungen 92 aufweist, ist in der 10 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die erste Linie 86 und die zweite Linie 88 als durchgehend leuchtende Linien erscheinen.
Das Nachterscheinungsbild 84, das wie in 8 und in 10 gezeigt, zwei leuchtende Linien aufweist, stellt sich hauptsächlich bei lichtschwachen Leuchtenfunktionen ein, beispielsweise bei einem Positionslicht. Bei lichtstarken Leuchtenfunktionen, wie beispielsweise einem Tagfahrlicht, ist dieser Effekt nicht wahrnehmbar, so dass ein Betrachter das Erscheinungsbild als leuchtendes Band wahrnimmt.
Wird der erfindungsgemäße Lichtleiter 10 in z-Richtung verbreitert, führt das zu weiteren Vorteilen. Ein erster Vorteil besteht darin, dass sich die Lichteintrittsfläche 12 verbreitert. Dadurch ist es möglich, Licht aus mehreren Lichtquellen einzukoppeln. So kann beispielsweise Licht mit unterschiedlichen Lichtfarben oder unterschiedlicher Helligkeitsstufen kombiniert werden, um mehreren Leuchtenfunktionen zu realisieren, die alle mit demselben Lichtleiter 10 dargestellt werden.
Ein zweiter Vorteil der Verbreiterung des Lichtleiters besteht in einer Verlängerung der grabenartigen Vertiefungen 38. Dadurch werden die ersten Grenzflächen 68 vergrößert. Als Folge benötigt man bei vorgegebener Länge des Lichtleiters 10 eine kleinere Anzahl an grabenartigen Vertiefungen 38, um die gleiche Lichtmenge auszukoppeln. Außerdem verringert sich mit der Anzahl der grabenartigen Vertiefungen 38 auch die Anzahl der anhand von der 8, 9 und 10 erläuterten dunklen Unterbrechungen 90 in der ersten Linie 86 und/oder der zweiten Linie 88.
11 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters 10. Die Ausdehnung des Lichtleiters 10 in y-Richtung beträgt hier 400 mm, die Ausdehnung in x-Richtung 4 mm und die Ausdehnung in z-Richtung 50 mm, wobei die Erfindung natürlich nicht auf Lichtleiter mit diesen Abmessungen beschränkt ist. Die Vertiefungen 38 erstrecken sich nicht über die gesamte Ausdehnung des Lichtleiters 10 in z-Richtung. Somit wird nicht das gesamte, über die Lichteintrittsfläche 12 in den Lichtleiter 10 eintretende Licht über die Lichtaustrittsfläche 26 ausgekoppelt. Das nicht über die Austrittfläche 26 ausgekoppelte Licht tritt durch die Endfläche 18 aus. Eine Tiefe der grabenartigen Vertiefungen 38, also deren Ausdehnung in x-Richtung wächst in der Hauptausbreitungsrichtung bevorzugt an. Die grabenartigen Vertiefungen 38 besitzen also bevorzugt eine umso größere Tiefe, je weiter sie von der Lichteintrittsfläche 12 entfernt sind.
Als weiterer erwünschter Effekt, der bei einem breiten Lichtleiter auftritt, ist noch zu nennen, dass ein Nachterscheinungsbild 84, dass sich wie in den 8 oder 10 aus einer ersten Linie 86 und einer zweiten Linie 88 zusammensetzt, bei sehr breiten Lichtleitern 10 nicht vorkommt. Aufgrund des langen Weges, den der an der ersten Grenzfläche 68 reflektierte Strahl 74 bis zur Lichtaustrittsfläche 26 zurücklegen muss, wirken sich auch kleine Streuwinkel aus, so dass die Strahlen aus der gesamten Lichtaustrittsfläche 26 austreten und der Lichtleiter 10 aus der 11 wie ein 4 mm breites leuchtendes Band erscheint.
Die mit dem erfindungsgemäßen Lichtleiter 10 auch bei kurzen Lichtleitern erzielte hohe Auskoppeleffizienz ermöglicht es, eine Leuchte aus mehreren Lichtleitern zusammenzusetzen.
12 zeigt eine Ausgestaltung eines Lichtleiters 10, der von einer dicht vor der Lichteintrittsfläche 12 angeordneten Lichtquelle gespeist wird. Die Lichtquelle ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle wie eine Leuchtdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden, die vor der Lichteintrittsfläche 12 angeordnet ist. Das unter Brechung durch die Lichteintrittsfläche 12 in den Lichtleiter 10 eintretende Licht wird im ersten Bereich 14 parallelisiert und tritt anschließend in den zweiten Bereich 16 ein. Der zweite Bereich 16 umfasst die Auskoppelfläche 26, die erste Seitenfläche 28, die zweite Seitenfläche 30 und die der Auskoppelfläche 26 gegenüberliegende Rückseite 19. Die erste Seitenfläche 28 und die ihr gegenüber liegende zweite Seitenfläche 30 weisen grabenartige Vertiefungen 38 unterschiedlicher Länge auf. Auf der Rückseite 19 sind dem Stand der Technik entsprechende Prismen 20 angeordnet. Die grabenartige Vertiefung 38 und die Prismen 20 koppeln das Licht über die Austrittfläche 26 um die Richtung eines Pfeils 112 verteilt aus.
Die Kombination der grabenartigen Vertiefungen in den Seitenflächen des Lichtleiters mit Auskoppelelemente an der Rückseite des Lichtleiters führt dazu, dass drei Flächen, die den Lichtleiter begrenzen, Elemente aufweisen, die Licht in Richtung der Austrittsfläche ablenken. Damit wird gegenüber dem Stand der Technik die Anzahl der Flächen reduziert, die eine Reflexion des Lichtes in unerwünschte Richtungen, beispielsweise in Richtung der Endfläche, verursachen. Auf diese Weise wird die Effizienz des Lichtleiters gesteigert.
Insgesamt ist zu beachten, dass die Anordnung von Auskoppelelementen an drei den Lichtleiter begrenzenden Flächen, also an der Rückseite und den beiden Seitenflächen, nur für in Hauptausbreitung des Lichts kurze Lichtleiter bevorzugt ist. Durch die Anordnung von Auskoppelelementen an drei Flächen bleibt nämlich nur wenig Transportfläche übrig, die eine Ausbreitung des Lichts im Lichtleiter längs der Hauptausbreitungsrichtung durch Totalreflexion unterstützt.
12 zeigt, wie auch schon 3, eine Ausgestaltung, bei der die Tiefe der grabenartigen Vertiefungen mit in der Hauptausbreitungsrichtung zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche ansteigt, so dass sich die grabenartigen Vertiefungen in Richtung ihrer Tiefe immer weiter in den Lichtleiter hinein erstrecken, je größer ihr Abstand von der Lichteintrittsfläche ist.
Je tiefer die grabenartige Vertiefung in das Volumen des Lichtleiters hineinragt, desto größer wird die Umlenkfläche und desto eher wird die Umlenkfläche von Licht unter einem Winkel getroffen, der eine Totalreflexion des Lichts in Richtung der Lichtaustrittsfläche zulässt. Dass die Vertiefungen nahe der Lichteintrittsfläche weniger tief sind als in größerem Abstand von der Lichteintrittsfläche ist vorteilhaft, weil nahe der Eintrittsfläche genügend auskoppelbares Licht vorhanden ist. Die in größerem Abstand von der Lichteintrittsfläche größere Tiefe bewirkt, dass auch bei der dort geringeren Lichtstromdichte noch ausreichend Licht für ein regelkonformes, homogenes Erscheinungsbild aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird.
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchte 104, die mehrere der Lichtleiter nach 12 aufweist. Die Leuchte 104 weist ein Gehäuse 106 auf, dessen Lichtaustrittsöffnung durch eine transparente Abdeckscheibe 108 verschlossen ist. Im Inneren des Gehäuse 106 ist eine Anordnung von wenigstens einer Lichtquelle und eines in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen, Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiters 10 so angeordnet, dass die Lichtaustrittsfläche 26 des Lichtleiters 10 die transparente Abdeckscheibe 108 beleuchtet.
13 zeigt insbesondere eine Anordnung von vier Lichtleitern 10, von denen jeder von einer eigenen Lichtquelle LQ gespeist wird. In der dargestellten Anordnung sind die vier Lichtleitermodule 10 hintereinander aufgereiht angeordnet, so dass ihre Seitenflächen in einer Ebene liegen und ihre Lichtaustrittsflächen 26 eine Linie bilden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Lichtleitermodule 10 entlang einer in der Zeichnungsebene liegenden Kurve anzuordnen. Dabei müssen bei kleinen Krümmungsradien, die Richtungen in denen die grabenartigen Vertiefungen 38 verlaufen, für jedes Lichtleitermodul 10 je nach Position des Lichtleitermoduls 10 angepasst werden, so dass die Lichtaustrittsrichtung 112 beibehalten wird. In dieser Konfiguration kann beispielsweise ein wischendes Licht, insbesondere ein wischender Blinker, oder ein Lauflicht realisiert werden. Dabei wird unter einem Lauflicht verstanden, dass die Lichtquellen der einzelnen Lichtleitermodule nacheinander eingeschaltet und ausgeschaltet werden, wobei zu einem Zeitpunkt immer nur ein Modul eingeschaltet ist. Unter einem wischenden Licht wird dabei verstanden, dass die Lichtquellen der einzelnen Lichtleitermodule nacheinander eingeschaltet und dann wieder gemeinsam ausgeschaltet werden. Bei einem wischenden Blinker wird bevorzugt die der Fahrzeugmitte am nächsten liegende Lichtquelle zuerst eingeschaltet, und die der Fahrzeugaußenseite am nächsten liegende Lichtquelle wird zuletzt eingeschaltet, so dass die Anzeige der Richtung noch betont wird.
Weiterhin ist es möglich, die Lichtaustrittsfläche 26 um die x-Achse gekrümmt auszuführen, wobei die x-Achse in der 13 senkrecht zur Zeichnungsebene steht. Dazu ist es allerdings erforderlich, die Vertiefung 38 ebenfalls zu krümmen. Weil bei einer gekrümmten Lichtaustrittsfläche 26 in jedem Punkt die Normale in eine andere Richtung zeigt, muss auch der auszukoppelnde Strahl 74 in jedem Punkt unter einem anderen Winkel auf die Lichtaustrittsfläche 26 treffen um unter Brechung in der gewünschten Richtung 112 auszutreten.
13 repräsentiert insgesamt eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, die mehrere Lichtleiter aufweist, von denen wenigstens zwei die auf den Lichtleiter bezogenen Merkmale der Erfindung oder einer der beschriebenen Ausgestaltungen aufweisen. Die damit jeweils insbesondere für längs der Hauptausbreitung des Lichts kurze Lichtleiter erzielte hohe Effizienz erlaubt es, eine Beleuchtungseinrichtung aus mehreren Lichtleitern zusammenzusetzen. Dabei können die Lichtleiter übereinander gestapelt werden, so dass benachbarte Lichtleiter mit ihren Seitenflächen zueinander angeordnet sind. Bei der gestapelten Variante können die ersten Bereiche 14 der Lichtleiter derart gestaltet werden, dass die Lichteintrittsflächen 12 in einer Ebene liegen. In diesem Fall können die LED in vorteilhafter weise auf einem ebenen, starren Schaltungsträger angeordnet werden. Alternativ ist es auch denkbar, die Lichtleiter so aneinander zu reihen, dass die Seitenflächen aller Lichtleiter in einer Ebene liegen. In beiden Fällen bilden die den Lichtleitern zugeordneten Lichtaustrittsflächen eine gemeinsame Austrittsfläche, die in einer Ebene liegt oder einer Kurve folgt. Dabei ist zu beachten, dass zur Realisierung stark gekrümmter Kurven die Verlaufsrichtung der grabenartigen Vertiefungen im Lichtleiter für jeden einzelnen Lichtleiter und dessen jeweiliger Lage bezüglich der gemeinsamen Austrittsfläche angepasst werden muss.
14 zeigt ein Nachterscheinungsbild 84 der Beleuchtungseinrichtung 104 aus der 13. Das Nachterscheinungsbild 84 weist hier sieben waagrechte Doppellinien 114 auf. Die Doppellinien 114 werden von sieben grabenartigen Vertiefungen 38 erzeugt, die auf der ersten Seitenfläche 28 und der zweiten Seitenfläche 30 angeordnet sind. Zwischen den Doppellinien 114 zeigen sich senkrechte Linien 116, die durch dunkle Bereiche 36 voneinander getrennt sind. Zur besseren Übersicht sind nicht alle senkrechten Linien 116 und nicht alle dunklen Bereiche 36 in der Figur mit Bezugszeichen versehen.
Die senkrechten Linien 116 werden von den bekannten Prismen 20, die an der Rückseite 19 des Lichtleitermoduls 10 angeordnet sind, erzeugt. Es ist leicht ersichtlich, dass die Doppellinien 114 und die senkrechten Linien 116 für Lichtquellen mit großer Intensität vom Auge eines Betrachters nicht mehr separat wahrnehmbar sind und sich das Nachterscheinungsbild 84 dann als eine einheitlich leuchtende Fläche darstellt.

Claims

Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) mit einem Lichtleiter (10) und einer Licht in den Lichtleiter (10) einspeisenden Lichtquelle, welcher Lichtleiter (10) eine Lichtaustrittsfläche (26) aufweist, die sich längs einer Hauptausbreitungsrichtung (y) des im Lichtleiter (10) propagierenden Lichtes erstreckt, und der wenigstens eine Umlenkfläche (68) aufweist, die auf sie aus dem Inneren des Lichtleiters einfallendes Licht durch interne Totalreflexionen so steil auf die Lichtaustrittsfläche (26) richtet, dass es dort aus dem Lichtleiter (10) austritt, und der eine die Lichtaustrittsfläche (26) längs der Hauptausbreitungsrichtung (y) begrenzende erste Seitenfläche (28) aufweist, wobei die Umlenkfläche (68) eine Wand einer grabenartigen Vertiefung (38) in der Seitenfläche (28, 30) des Lichtleiters (10) ist, welche grabenartige Vertiefung zwei Wände und einen Boden aufweist, wobei der Lichtleiter (10) ein Licht leitendes Volumen aufweist, das durch eine Lichteintrittsfläche (12), die Lichtaustrittsfläche (26), eine der Lichtaustrittsfläche (26) gegenüberliegende Rückseite (19), die erste Seitenfläche (28), eine der ersten Seitenfläche (28) gegenüberliegende zweite Seitenfläche (30), von denen jede jeweils zwischen der Lichtaustrittsfläche (26) und der Rückseite (19) liegt, und eine Endfläche (18) begrenzt ist, wobei die Lichteintrittsfläche (12) und die Endfläche (18) quer zur Hauptausbreitungsrichtung (y) angeordnet sind und die erste Seitenfläche (28), die zweite Seitenfläche (30), die Rückseite und die Lichtaustrittsfläche (26) sich längs der Hauptausbreitungsrichtung (y) erstrecken, wobei die als Umlenkfläche dienende Wand der grabenartigen Vertiefung (38) quer zu ihrer Seitenfläche (28, 30) liegt und unter einem Winkel gegen die Lichtaustrittsfläche (26) geneigt ist, so dass durch Totalreflexion an der ersten Umlenkfläche (68) das Licht so umgelenkt wird, dass es an der Lichtaustrittsfläche (26) die Bedingungen für die Totalreflexion verletzt und über die Lichtaustrittsfläche (26) aus dem Lichtleiter (10) austritt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grabenartige Vertiefung (38) eine zweite Wand (70) aufweist, die der als Umlenkfläche dienenden Wand (68) gegenüber liegt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der als Umlenkfläche dienenden Wand (68) und der zweiten Wand (70) der grabenartigen Vertiefung (38) in einer Längsrichtung der grabenartigen Vertiefung (38) abnimmt oder zunimmt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der als Umlenkfläche dienenden Wand (68) und der zweiten Wand (70) der grabenartigen Vertiefung (38) in Richtung einer Tiefe der grabenartigen Vertiefung (38) abnimmt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die grabenartige Vertiefung (38) an ihrem der Lichtaustrittsfläche zugewandten Ende (96) eine Abschlusswand (102) aufweist, und wobei zwei in der Hauptausbreitungsrichtung aufeinander folgende grabenartige Vertiefungen (38) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der so groß ist, dass ein an der Umlenkfläche (68) der in der Hauptausbreitungsrichtung zweiten grabenartigen Vertiefung (38) an deren der Lichtaustrittsseite (26) abgewandten Ende aus der Hauptausbreitungsrichtung umgelenkter Lichtstrahl gerade an der Abschlusswand (102) vorbei auf die Lichtaustrittsfläche (26) fallen kann.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (10) zusätzlich auf seiner Rückseite (19) angeordnete Auskoppelelemente (20) aufweist.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erstreckung der Seitenfläche (28, 30) in einer Richtung quer zur der Hauptausbreitungsrichtung (y) des Lichtes größer ist als eine Erstreckung der Lichtaustrittsfläche (26) in ihrer quer zu der Hauptausbreitungsrichtung liegenden Richtung.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Lichtleiter (10) in der Hauptausbreitungsrichtung (y) des Lichtes über eine größere Länge erstreckt als in quer zu der Hauptausbreitungsrichtung (y) liegenden Richtungen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die grabenartigen Vertiefungen (38) nur über einen Teil des in ihrer Richtung liegenden Abstandes zwischen der Lichtaustrittsfläche (26) und der Rückseite (19) erstrecken.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der grabenartigen Vertiefungen (38) mit in der Hauptausbreitungsrichtung zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche (12) ansteigt, so dass sich die grabenartigen Vertiefungen (38) in Richtung ihrer Tiefe immer weiter in den Lichtleiter (10) hinein erstrecken, je größer ihr Abstand in Hauptausbreitungsrichtung (y) von der Lichteintrittsfläche (12) ist.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Lichtleiter (10) aufweist, von denen wenigstens zwei, die auf den Lichtleiter (10) bezogenen Merkmale von wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweisen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens eine grabenartige Vertiefung in jeder von zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen liegt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine grabenartige Vertiefung in nur einer von zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen liegt, während die jeweils andere Seitenfläche keine grabenartige Vertiefung aufweist.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter im Raum so gekrümmt ist, dass er eingekoppeltes Licht längs einer mittleren Hauptausbreitungsrichtung führt, die einer gekrümmten Raumkurve folgt.