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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 2 442 013 A2 ist eine Kfz-Beleuchtungseinrichtung bekannt, welche eine Halbleiterlichtquelle, einen plattenartigen Lichtleiter mit einer Lichteinkoppelfläche und einer Lichtauskoppelfläche, sowie einen Reflektor zur Umlenkung des durch die Lichtauskoppelfläche austretenden Lichts aufweist. Die Lichtauskoppelfläche ist in Schnitten parallel zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters betrachtet kreisförmig gewölbt. Der Reflektor weist eine Grundform auf, die durch Schwenken eines Parabelabschnitts um eine gedachte, senkrecht zur Ebene der Erstreckung des Lichtleiters verlaufende Achse entsteht. Dieser Reflektor ist derart um die Lichtauskoppelfläche gewölbt, dass das durch die Lichtauskoppelfläche austretende Licht in eine Hauptabstrahlrichtung senkrecht zur Ebene der Erstreckung des Lichtleiters umgelenkt wird.
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An Beleuchtungseinrichtungen im Kfz-Bereich werden verschiedenartige Anforderungen gestellt. Einerseits muss die mit der Beleuchtungseinrichtung erzielbare Abstrahllichtverteilung in der Regel bestimmte, meist gesetzlich vorgegebene Eigenschaften aufweisen, z.B. hinsichtlich ihrer Intensitätsverteilung. Außerdem ist grundsätzlich eine möglichst hohe Energieeffizienz erwünscht.
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Darüber hinaus besteht das Bedürfnis, die Beleuchtungseinrichtung an die geometrischen Gegebenheiten im Kraftfahrzeug anzupassen. Dies geht mit Vorgaben an den zur Verfügung stehenden Bauraum, sowie mit Anforderungen an die geometrische Anordnung der optisch wirksamen Bauteile einher. Diesbezüglich besteht bei bekannten Beleuchtungseinrichtungen oftmals das Problem, dass die Einbausituation und Lage im Kraftfahrzeug nicht in ausreichendem Maße variiert werden kann.
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Die Scheinwerfer und Leuchten eines Kraftfahrzeugs spielen außerdem eine wesentliche Rolle für das Design des Kraftfahrzeugs und können „das Gesicht“ des Fahrzeugs prägen. Somit besteht hier das Bedürfnis nach einer freieren Formensprache und größerer Gestaltungsfreiheit beim Design. Diese Freiheiten können mit bekannten Beleuchtungseinrichtungen jedoch nur bedingt bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Verdrehung oder Verformung des Lichtleiters gegenüber dem Reflektor oder eine Formänderung des Reflektors dazu führen, dass ein bestimmter Anteil des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts ungenutzt bleibt und daher die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung sinkt.
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Bei bekannten Beleuchtungseinrichtungen wird zur Erzeugung gewünschter Lichtverteilungen oftmals auf Streustrukturen oder Facetten auf dem Reflektor zurückgegriffen. Dies ist jedoch oftmals nicht erwünscht, da der Reflektor in der Regel ein von außen sichtbares Bauteil ist, wenn die Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung ausgeschaltet ist. Es ist daher oftmals erwünscht, den Reflektor einer solchen Beleuchtungseinrichtung möglichst glatt und strukturlos auszugestalten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für Kfz-Beleuchtungseinrichtungen der eingangs genannten Art den Gestaltungsspielraum und die bauliche Flexibilität zu erhöhen. Insbesondere soll dabei die Effizienz des Systems weitgehend erhalten werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Eine solche Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle, sowie einen sich eben erstreckenden, plattenartigen Lichtleiter, welcher eine der Lichtquelle zugeordnete Lichteinkoppelfläche zum Einkoppeln von Licht der Lichtquelle, sowie eine Lichtauskoppelfläche aufweist, durch welche in dem Lichtleiter geleitetes Licht ausgekoppelt werden kann. Die Lichtauskoppelfläche weist in Schnitten parallel zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters einen gewölbten Verlauf auf. Der Lichtauskoppelfläche zugeordnet ist ein Reflektor zur Umlenkung des durch die Lichtauskoppelfläche austretenden Lichts vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist der Reflektor derart um die Lichtauskoppelfläche gewölbt, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung Licht, das durch die Lichtauskoppelfläche austritt, im Wesentlichen in eine nicht-orthogonal zu der Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters verlaufende Abstrahlrichtung umgelenkt wird.
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Der plattenartige Lichtleiter ist grundsätzlich dazu eingerichtet, Licht unter Ausnutzung von interner Totalreflexion von seiner Lichteinkoppelfläche zu der Lichtauskoppelfläche zu leiten. Der plattenartige Lichtleiter weist insbesondere zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche verlaufende, große Seitenflächen auf, welche als optische Transportflächen dienen, an denen Totalreflexion erfolgt.
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Als Lichtquelle findet vorzugsweise eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere LED, Verwendung. Vorzugsweise ist die Lichtquelle derart angeordnet, dass eine Lichtabstrahlfläche (insbesondere eine ebene Lichtabstrahlfläche einer LED) im Wesentlichen parallel zu der Lichteinkoppelfläche verläuft. So kann eine effiziente Einkopplung von Licht erzielt werden.
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Die gekrümmte Lichtauskoppelfläche wirkt als virtuelle Lichtquelle mit einer Reihe von vorteilhaften optischen Eigenschaften. Beispielsweise kann die Strahlungscharakteristik und der Intensitätsverlauf des durch die Lichtauskoppelfläche austretenden Lichts beeinflusst werden. Die Lichtauskoppelfläche kann z.B. so geformt sein, dass Licht austritt, welches physikalisch als elektromagnetische Welle mit einer im Wesentlichen toroidalen Wellenfront beschrieben werden kann.
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Grundsätzlich kann der Reflektor als Freiformreflektor ausgebildet sein. Dieser Freiformreflektor kann derart gestaltet werden, dass die nach Umlenkung an dem Reflektor vorliegende Lichtverteilung bestimmte gewünschte Eigenschaften aufweist, insbesondere den gesetzlichen Anforderungen an die Abstrahllichtverteilung einer Kfz-Beleuchtungseinrichtung entspricht. Der geometrische Verlauf eines solchen Reflektors kann beispielsweise mittels mathematischer Simulationen der Lichtausbreitung berechnet werden, beispielsweise mit Methoden der geometrischen Optik oder Methoden der Strahldurchrechnung. Bei der Gestaltung und Auslegung des Reflektors kann in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden, dass die Lichtauskoppelfläche als virtuelle Lichtquelle für den Reflektor dient, wobei die Lichtabgabeeigenschaften durch die Gestaltung des Lichtleiters und der Lichtauskoppelfläche vorgebbar sind.
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Der Reflektor kann eine Krümmung im mathematischen Sinne entlang des Verlaufs der Lichtauskoppelfläche aufweisen. Als Ganzes betrachtet kann eine Wölbung des Reflektors insgesamt um die Lichtauskoppelfläche jedoch auch dadurch erzielt werden, dass der Reflektor eine Vielzahl von ebenen Abschnitten aufweist, welche jeweils unter einem Winkel zueinander ausgerichtet sind und so eine gewölbte Gesamtfläche bilden.
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Anders als bei den bekannten Beleuchtungseinrichtungen mit durch Schwenkung eines Parabelabschnitts definierten Reflektoren lassen sich die wesentlichen Vorteile der Erfindung auch mit einem Freiformreflektor erzielen. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung erweitert daher den Gestaltungsspielraum bei dem Design der Beleuchtungseinrichtung. Insbesondere können die Bestandteile der Beleuchtungseinrichtung (z.B. Lichtleiter und Reflektor) in einer Vielzahl verschiedener Orientierungen im Fahrzeug verbaut werden, welche mit bekannten Beleuchtungseinrichtungen aufgrund optischer und geometrischer Vorgaben nicht erzielbar sind. Die Erfindung ermöglicht daher eine freiere Formensprache bei der Gestaltung von Beleuchtungseinrichtungen.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann die gewünschte Lichtverteilung erzielt werden, ohne dass Streustrukturen oder Strahlformelemente auf dem Reflektor zwingend erforderlich sind. Bei Bedarf kann so eine von außen glatt erscheinende Reflektorfläche bereitgestellt werden, was aus Designgründen erwünscht sein kann. Bestehen hier jedoch keine Vorgaben, so ist es selbstverständlich nicht ausgeschlossen, dass der Reflektor entsprechende Streustrukturen, Strahlformelemente oder Ähnliches aufweist, um das Abstrahlbild zu gestalten.
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Bei der Beleuchtungseinrichtung erfolgt die Umlenkung des aus der Lichtauskoppelfläche austretenden Lichtes ausschließlich in Richtungen nichtsenkrecht zur Erstreckungsebene des Lichtleiters. Vorzugsweise ist der Reflektor derart ausgebildet, dass durch die Lichtauskoppelfläche austretende Lichtstrahlen derart umgelenkt werden, dass sie unter einem Winkel von betragsmäßig maximal 20° zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters verlaufen. Die Umlenkung erfolgt vorzugsweise derart, dass eine gesetzlich vorgegebene Lichtverteilung z.B. hinsichtlich der Divergenz des abgestrahlten Lichtbündels eingehalten werden kann. Denkbar ist beispielsweise, dass die umgelenkten Lichtstrahlen einen Winkel von weniger als 20° mit der Erstreckungsebene des Lichtleiters einschließen, d.h. zwischen –20° und +20° zur Ebene der Erstreckung des Lichtleiters verlaufen. Selbstverständlich sind auch andere Winkel denkbar, z.B. 10°, 15° oder 30°.
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Der Reflektor kann auch so ausgestaltet werden, dass die durch die Lichtauskoppelfläche austretenden Lichtstrahlen in einen asymmetrisch um die Erstreckungsebene des plattenartiges Lichtleiters ausgebildeten Raumbereich umgelenkt werden, beispielsweise in ein Winkelintervall von –10° bis +20° zur Erstreckungsebene des plattenartigen Lichtleiters. Der Reflektor kann auch derart gewölbt ausgebildet sein, dass durch die Lichtauskoppelfläche austretendes Licht in Richtung im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsebene des Lichtleiters umgelenkt wird.
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Der Reflektor ist vorzugsweise als Hohlreflektor ausgebildet, der sich um die Lichtauskoppelfläche wölbt oder krümmt, beispielsweise als zylindrischer Hohlreflektor oder toroidaler Hohlreflektor.
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Um baulichen Anforderungen zu genügen, kann der Reflektor derart an den Lichtleiter und die Lichtauskoppelfläche angepasst sein, dass der Reflektor im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung von dem aus der Lichtauskoppelfläche austretenden Licht vollständig ausgeleuchtet ist.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist der Reflektor derart ausgebildet und begrenzt, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung keine durch die Lichtauskoppelfläche austretenden Lichtstrahlen nach Umlenkung durch den Reflektor wieder auf den Lichtleiter treffen. Insbesondere ist die der Hauptabstrahlrichtung (bzw. der Richtung, in welche der Reflektor die aus der Lichtauskoppelfläche austretenden Lichtstrahlen umlenkt) abgewandte Begrenzungskante des Reflektors so angeordnet und ausgebildet, dass keine Lichtstrahlen von der Lichtauskoppelfläche über den Reflektor durch Reflexion im Bereich der Begrenzungskante wieder zurück zu dem Lichtleiter gelenkt werden.
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Die Lichtauskoppelfläche weist in Schnitten parallel zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters vorzugsweise eine konvexe Wölbung in Bezug auf die Lichteinkoppelfläche auf.
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Die Lichtauskoppelfläche ist vorzugsweise um eine gedachte Achse gewölbt, welche senkrecht zu der Erstreckungsebene des plattenartigen Lichtleiters verläuft.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung weist die Lichtauskoppelfläche in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene des plattenartigen Lichtleiters zumindest abschnittsweise einen kreislinienartigen Verlauf auf, d.h. die Begrenzung des plattenartigen Lichtleiters folgt in seiner Erstreckungsebene zumindest abschnittsweise dem Verlauf eines gedachten Kreises.
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Die Lichtauskoppelfläche kann z.B. eine Grundform aufweisen, welche von einem Abschnitt einer Mantelfläche eines gedachten Kreiszylinders gebildet ist. Denkbar ist auch, dass die Lichtauskoppelfläche als Abschnitt einer Mantelfläche eines gedachten Torus, insbesondere als ein den Torus nach radial außen begrenzender Mantelflächenabschnitt ausgebildet ist.
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Bei den genannten, im Schnitt kreisförmigen Ausgestaltungen der Lichtauskoppelfläche liegt der Mittelpunkt des gedachten Kreises vorzugsweise auf einer senkrecht zur Erstreckungsebene des Lichtleiters verlaufenden Achse. Diese Achse verläuft insbesondere durch einen Lichtabstrahlabschnitt der Lichtquelle (z.B. Lichtabstrahlfläche einer Leuchtdiode LED). Bei einer solchen Ausgestaltung verlaufen Lichtstrahlen ausgehend von der Lichtquelle im Wesentlichen radial durch den Lichtleiter und treten in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene des Lichtleiters betrachtet im Wesentlichen lokal senkrecht durch die Lichtauskoppelfläche aus dem Lichtleiter aus. Dadurch kann eine Brechung sowie eine unerwünschte Teilreflexion beim Durchtritt durch die Lichtauskoppelfläche vermieden werden.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, die Lichtauskoppelfläche in mehrere separate Abschnitte aufzuteilen. Vorzugsweise weist die Lichtauskoppelfläche in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene des Lichtleiters wenigstens zwei Abschnitte auf, welche Kreislinien von Kreisen mit voneinander unterschiedlichen Radien und/oder von einander unterschiedlichen Mittelpunkten folgen. Zwischen den genannten Abschnitten weist die Lichtauskoppelfläche vorzugsweise eine Stufe auf.
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Denkbar ist insbesondere, dass der Lichtleiter in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene die Form von wenigstens zwei Kreissektoren mit unterschiedlichen Radien aufweist, wobei die wenigstens zwei Kreissektoren einem gemeinsamen, gedachten Kreis zugeordnet sind und vorzugsweise von dessen Mittelpunkt ausgehen. Die Kreissektoren stoßen insbesondere über ihre begrenzenden Schenkel aneinander an.
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Verschiedenen Abschnitten der Lichtauskoppelfläche kann dann in vorteilhafter Weise je ein Abschnitt des Reflektors zugeordnet sein, wobei die verschiedenen Abschnitte des Reflektors auch voneinander beanstandet angeordnet sein können.
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Zur weiteren Ausgestaltung kann die Lichtauskoppelfläche bezüglich zweier Richtungen gewölbt ausgebildet sein. Insbesondere ist die Lichtauskoppelfläche nicht nur in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene des Lichtleiters, sondern auch in Schnitten senkrecht zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters gewölbt. Die Wölbung kann in Schnitten senkrecht zur Erstreckungsebene des Lichtleiters konvex in Bezug auf die Lichteinkoppelfläche ausgebildet sein.
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Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Lichtauskoppelfläche als Abschnitt einer Mantelfläche eines gedachten Torus ausgebildet ist. Der Abschnitt ist vorzugsweise ein Abschnitt der Mantelfläche, welcher den gedachten Torus auf seiner vom Mittelpunkt abgewandten Seite, d.h. nach radial außen, begrenzt.
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Grundsätzlich ist der Lichtleiter insbesondere als flache Lichtleitplatte ausgebildet in dem Sinne, dass die lateralen Abmessungen des Lichtleiters um ein Vielfaches größer (z.B. 5fach bis 20fach) sind, als seine Dicke. Denkbar ist z.B., dass der Lichtleiter als sich eben erstreckende Scheibe ausgebildet ist mit sich eben erstreckenden großen Seitenflächen, sowie mit den Lichtleiter lateral begrenzenden Schmalseiten, wobei beispielsweise eine der Schmalseite als Lichteinkoppelfläche und eine andere Schmalseite (welche der ersten Schmalseite vorzugsweise gegenüberliegt) als Lichtauskoppelfläche wirkt.
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Der plattenartige Lichtleiter ist insbesondere derart in der Beleuchtungseinrichtung orientiert, dass eine die Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung definierende optische Achse parallel oder in der Erstreckungsebene des plattenartigen Lichtleiters verläuft.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass der plattenartige Lichtleiter als Sektor oder Abschnitt eines flachen Kreiszylinders ausgebildet ist. Die Höhe dieses flachen Kreiszylinders ist vorzugsweise um ein Vielfaches kleiner als der Radius der kreisförmigen Querschnittsfläche des gedachten, zugrunde liegenden Kreiszylinders (Scheibenform). Beispielsweise ist der Radius des zugrunde liegenden Kreiszylinders 10 bis 30 mal größer als die Dicke des gedachten plattenartigen Sektors. Dadurch wird ein Lichtleiter in der Art einer flachen Kreisscheibe bzw. eines flachen Kreisscheibensektors erzielt.
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Insbesondere kann der Lichtleiter im Wesentlichen als ein in der Ebene seiner Erstreckung halbkreisförmiger oder nahezu viertelkreisförmiger Abschnitt eines Kreiszylinders ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Lichteinkoppelfläche an einer Begrenzungsfläche dieses Lichtleiters vorgesehen, welche im Bereich des Mittelpunkts des zugrunde liegenden Kreises verläuft. Derartige Ausgestaltungen führen dazu, dass sich Licht von der Lichteinkoppelfläche zu der Lichtauskoppelfläche im Wesentlichen radial ausbreiten und im Wesentlichen brechungsfrei (bzgl. Der Erstreckungsebene) durch die Lichtauskoppelfläche austreten kann.
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Der plattenartige Lichtleiter kann zur weiteren Ausgestaltung Auskoppelabschnitte aufweisen, welche als einstückig an den Lichtleiter angeformte, über die Ebene der Erstreckung des Lichtleiters hervorragende Materialabschnitte ausgebildet sind. Insbesondere ist hierbei ein Abschnitt der Lichtauskoppelfläche an dem jeweiligen Auskoppelabschnitt vorgesehen, und ein weiterer Abschnitt der Lichtauskoppelfläche an einer dem Lichtleiter in von der Lichteinkoppelfläche abgewandte Richtungen begrenzenden Fläche vorgesehen. Die genannten Auskoppelabschnitte können beispielsweise als ringbundartige Vorsprünge des plattenartigen Lichtleiters über die Erstreckungsebene hinaus ausgebildet sein.
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Der plattenartige Lichtleiter kann in Richtungen innerhalb der Ebene seiner Erstreckung und insbesondere lateral zum Strahlengang zwischen Lichteinkoppelfläche und Lichtauskoppelfläche derart begrenzt sein, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung der gesamte Lichtleiter von dem in ihn geleiteten Licht durchflutet ist. Beispielsweise kann der Lichtleiter ausgehend von einer Basisform, welche im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung von Licht nichtdurchflutete Bereiche aufweist, derart in lateraler Richtung zum Strahlengang begrenzt werden, dass der verbleibende Lichtleiter sämtliche Materialabschnitte umfasst, welche von durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltem Licht durchflutet sind. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass der Lichtleiter auch Materialbereiche umfasst, welche im Betrieb nicht von Licht durchflutet sind. Durch eine solch großzügige Bemessung kann eine störende Reflexion an Seitenwänden vermieden werden, welche den Lichtleiter lateral begrenzen. Denkbar ist außerdem, dass solche Abschnitte des Lichtleiters, die im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung nicht von geleitetem Licht durchflutet sind, ein oder mehrere Befestigungsabschnitte oder Befestigungsmittel zur Befestigung des Lichtleiters in der Beleuchtungseinrichtung aufweisen.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
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Es zeigen:
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1 skizzierte Darstellung zur Erläuterung der Orientierungen der Bauteile bei erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen;
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2 skizzierte Darstellung eines plattenartigen Lichtleiters mit Blickrichtung senkrecht zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters;
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3 Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit Blickrichtung senkrecht zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters;
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4 Frontansicht der Beleuchtungseinrichtung aus
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3 mit Blickrichtung entgegen der Hauptabstrahlrichtung;
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5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Seitenansicht;
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6 Vorderansicht der Beleuchtungseinrichtung gemäß 5;
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7 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung;
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8 eine wiederum weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Seitenansicht mit Blickrichtung senkrecht zur Erstreckungsebene des plattenartigen Lichtleiters;
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9 skizzierte Darstellung zur Ausgestaltung des plattenartigen Lichtleiters;
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10 skizzierte Darstellung zur Erläuterung möglicher Ausgestaltungen der Transportflächen des plattenartigen Lichtleiters;
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11 weitere Ausgestaltungen der plattenartigen Lichtleiter;
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12 skizzierte Darstellung zur Erläuterung weiterer möglicher Ausgestaltungen des plattenartigen Lichtleiters; und
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13 skizzierte Darstellung zur Erläuterung möglicher Ausgestaltungen der Lichtauskoppelfläche.
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In der folgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für gleiche oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Im Folgenden wird zur Erläuterung der Einbaugeometrie der Beleuchtungseinrichtung sowie der Orientierung ihrer Bestandteile jeweils beispielhaft auf ein kartesisches Koordinatensystem Bezug genommen. Dieses ist zur Erläuterung in 1 dargestellt (Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z). Hierbei bezeichnet die x-Achse eine Hauptabstrahlrichtung 2 der jeweiligen Beleuchtungseinrichtung. In die Hauptabstrahlrichtung 2 kann mit der Beleuchtungseinrichtung grundsätzlich Licht mit einer Abstrahllichtverteilung 4 abgestrahlt werden, welche beispielsweise auf einen in Hauptabstrahlrichtung 2 beabstandeten Testschirm beobachtbar ist (vgl. 1). Typischerweise entspricht bei einer Kfz-Beleuchtungseinrichtung die Hauptabstrahlrichtung 4 der Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Die Abstrahllichtverteilung 4 ist zwar um die Hauptabstrahlrichtung 2 konzentriert, kann jedoch selbstverständlich eine Intensitätsverteilung auch in Raumbereichen um die Hauptabstrahlrichtung 2 herum aufweisen. Oftmals ist es erwünscht, dass die Abstrahllichtverteilung 4 eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze aufweist.
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Bei einer üblichen Einbausituation einer Kfz-Beleuchtungseinrichtung im Kraftfahrzeug bezeichnet dann die y-Achse des Koordinatensystems die Position senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 2 im Wesentlichen entlang der Horizontalen. Die z-Achse gibt die vertikale Lage wieder. Die Zuordnung der Koordinatenachse zur Horizontalen und Vertikalen dienen nur beispielhaft der Einbausituation der hier beschriebenen Beleuchtungseinrichtungen.
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In 1 ist außerdem ein plattenartiger Lichtleiter in Form einer Lichtleitplatte 10 angedeutet. Die Lichtleitplatte 10, welche im Folgenden noch in einer Vielzahl von Ausgestaltungen ausführlich beschrieben wird, erstreckt sich im Wesentlichen eben. Die Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 verläuft im dargestellten Beispiel in der x-z-Ebene des Koordinatensystems. Somit verläuft die Hauptabstrahlrichtung 4 im Wesentlichen in der Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10.
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In der 2 ist die Lichtleitplatte 10 in einem Schnitt parallel zur Ebene ihrer Erstreckung dargestellt (Seitenansicht). Die Lichtleitplatte 10 ist hier beispielhaft als Halbkreissektor einer flachen Scheibe eines gedachten, ebenen Kreiszylinders ausgebildet. Somit weist der in der 2 dargestellte Schnitt parallel zur Erstreckungsebene Halbkreisform auf.
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Grundsätzlich ist der plattenförmige Lichtleiter bei den erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen dazu ausgebildet, dass Licht durch eine Einkoppelfläche 12 in den plattenartigen Lichtleiter eingekoppelt werden kann, und unter interner Totalreflexion zu einer Lichtauskoppelfläche 14 des plattenartigen Lichtleiters transportiert werden kann.
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Durch die Lichtauskoppelfläche 14 tritt Licht mit einer Primärlichtverteilung 16 aus dem plattenartigen Lichtleiter aus.
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In der Schnittdarstellung der 2 wird die Lichteinkoppelfläche 12 der Lichtleitplatte 10 von der im Schnitt parallel zur Erstreckungsebene gerade verlaufenden Begrenzungskante des Halbkreissektors definiert. Die Lichtauskoppelfläche 14 wird von der in der Schnittdarstellung erkennbaren Kreislinie des Sektors definiert.
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Die erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen umfassen ferner eine Lichtquelle 18 zur Lichtabgabe. Diese ist derart angeordnet, dass das abgegebene Licht der Lichtquelle durch die Lichteinkoppelfläche 12 in den plattenartigen Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
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Ist die Lichteinkoppelfläche 12 eben ausgebildet (vgl. 2), so tritt das von der Lichtquelle 18 ausgestrahlte Licht durch die Lichteinkoppelfläche 12 in die Lichtleitplatte 10 ein, wobei Brechung nach dem Snellius-Gesetz erfolgt. Bei einer ebenen Lichteinkoppelfläche 12 weist der lichtdurchflutete Bereich der Lichtleitplatte 10 in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 einen Öffnungswinkel µ1 auf, welcher maximal dem doppelten Grenzwinkel der Totalreflexion für den Materialübergang aus der Lichtleitplatte 10 zur Umgebung entspricht. Da dieser Grenzwinkel der Totalreflexion vom Verhältnis der Brechungsindizes des Materials der Lichtleitplatte 10 und der Umgebung abhängig ist, kann somit die Größe des lichtdurchfluteten Bereichs der Lichtleitplatte 10 durch die Wahl des Materials beeinflusst werden.
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Das Licht der Lichtquelle 18 wird von der Lichtleitplatte 10 zur Lichtauskoppelfläche 14 geleitet, und tritt durch diese mit einer Primärlichtverteilung 16 aus. Insofern dient die Lichtauskoppelfläche 14 als virtuelle Lichtquelle für im Strahlengang folgende optisch wirksame Elemente. Dabei können die Eigenschaften dieser virtuellen Lichtquelle durch die Ausgestaltung der Lichtleitplatte 10 beeinflusst werden. Bei der in der 2 skizzierten Ausgestaltung als kreissektorartige Platte stellt die Lichtauskoppelfläche 14 insofern eine Lichtquelle bereit, welche in Schnitten parallel zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 eine effektive Länge von 2·Pi·R·µ1/360° aufweist, wobei R der Radius des zugrunde liegenden Kreises des Halbkreissektors ist. Die Dicke der Lichtleitplatte 10 in Richtung senkrecht zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 bestimmt die Breite der Lichtauskoppelfläche 14.
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Aufgrund der in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene kreisförmigen Ausgestaltung der Lichtleitplatte treten die in der Lichtleitplatte 10 geleiteten Lichtstrahlen in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene betrachtet lokal senkrecht durch die Lichtauskoppelfläche 14. Daher weist auch die Primärlichtverteilung 16 in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 einen Öffnungswinkel bezüglich der Lichteinkoppelfläche 12 von maximal µ1 auf.
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Um das durch die Lichtauskoppelfläche 14 ausgekoppelte Licht in Hauptabstrahlrichtung 2 umzulenken, weist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung einen Reflektor 20 auf, welcher in der 2 lediglich angedeutet ist.
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Grundsätzlich kann der Reflektor 20 derart bemessen sein, dass er lediglich einen Raumbereich überdeckt, welcher in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 betrachtet bezüglich der Lichteinkoppelfläche 12 den Öffnungswinkel µ1 aufweist.
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Ebenso kann die Lichtleitplatte 10 in ihrem Verlauf ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 12 zur Lichtauskoppelfläche 14 derart begrenzt sein, dass nur die oben beschriebenen lichtdurchfluteten Bereiche des Materials der Lichtleitplatte 10 umfasst sind.
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Insbesondere ist denkbar, dass die Lichtleitplatte 10 in Schnitten parallel zu ihrer Erstreckungsebene nicht die in der 2 dargestellte Form eines halben Kreissektors aufweist, sondern auf einen Sektor mit Öffnungswinkel µ1 oder geringfügig größerem Öffnungswinkel begrenzt ist.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen von Reflektor 20 und Lichtleitplatte 10 ermöglichen eine effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums.
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In den 3 und 4 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 30 dargestellt. Die Lichtleitplatte 10 ist wiederum als flacher Halbkreissektor eines Kreiszylinders ausgestaltet. In Schnitten parallel zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 weist diese daher die Form eines Halbkreises auf. Dabei ist der Radius des zugrunde liegenden Kreises um ein Vielfaches größer als die Dicke der Scheibe, welche die Lichtleitplatte 10 bildet (im dargestellten Beispiel beträgt der Radius ca. das Fünffache der Dicke).
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Die Lichteinkoppelfläche 12 wird von der ebenen Schmalseite der Halbkreisscheibe gebildet. Die Lichtauskoppelfläche 14 wird von der kreisförmig gewölbten Mantelfläche des Kreiszylindersektors gebildet. Insofern ist die Lichtauskoppelfläche 14 hier als Abschnitt der Mantelfläche eines gedachten Kreiszylinders ausgebildet, wobei die Längsachse des Kreiszylinders im dargestellten Beispiel entlang der y-Achse (also senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 2) verläuft.
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Der Reflektor 20 wölbt sich derart um die Lichtauskoppelfläche 14, dass das durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht (Primärlichtverteilung 16) in eine Abstrahllichtverteilung 4 der Beleuchtungseinrichtung 30 umgelenkt werden kann, welche im Wesentlichen um die Hauptabstrahlrichtung 2 konzentriert ist. Somit lenkt der Reflektor 20 das durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht im Wesentlichen in nichtorthogonaler Richtung zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 um.
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Die Lichtleitplatte 10 ist derart angeordnet, dass die Hauptabstrahlrichtung 2 in der Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 verläuft (hier in der x-z-Ebene). Die Lichtleitplatte 10 ist dabei im dargestellten Beispiel derart geneigt, dass die sich eben erstreckende Lichteinkoppelfläche 12 (bzw. die gerade Begrenzungskante des Halbkreissektors in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10) unter einem Kippwinkel bezüglich der Hauptabstrahlrichtung 2 verläuft. Dies ist im dargestellten Beispiel dadurch realisiert, dass die Lichtleitplatte 10 um die y-Achse des Koordinatensystems um den Kippwinkel derart gedreht ist, dass der genannte Kippwinkel von der eben verlaufenden Lichteinkoppelfläche 12 und der ausgehend von dem Kreismittelpunkt außerhalb der Lichtleitplatte 10 verlaufenden Hauptabstrahlrichtung 2 eingeschlossen wird.
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Der Reflektor 20 ist derart ausgebildet und derart begrenzt, dass das durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende und von dem Reflektor 20 umgelenkte Licht nicht erneut auf die Lichtleitplatte 10 trifft. Insbesondere ist die dem Reflektor 20 in Richtung entgegengesetzt zur Hauptabstrahlrichtung 2 begrenzende Begrenzungskante 32 derart ausgebildet (d.h. verläuft derart), dass die von dem der Hauptabstrahlrichtung 2 abgewandten Bereich des Reflektors 20 reflektierten Lichtstrahlen nicht wieder auf die Lichtleitplatte 10 treffen.
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Die 4 zeigt die Beleuchtungseinrichtung 30 mit Blickrichtung entgegen der Hauptabstrahlrichtung 2 (d.h. in Richtung der negativen x-Achse). Die beschriebene Ausgestaltung der Lichtleitplatte 10 und der Lichtauskoppelfläche 14 erlaubt es in vorteilhafter Weise, die Lichtausbreitung von der Lichtquelle 18 durch die Lichtauskoppelfläche 14 in die Primärlichtverteilung 16 und zu dem Reflektor 20 zu berechnen. Beispielhaft sind in den Darstellungen der 3 und 4 solche Bereiche des Reflektors 20 hervorgehoben (mit einem „x“ gekennzeichnet), auf welche Lichtstrahlen nach Leitung durch die Lichtleitplatte 10 und Durchtritt durch die Lichtauskoppelfläche 14 auftreffen. Wie insbesondere in der Darstellung der 4 deutlich, weist der Reflektor 20 in Bezug auf die Lichtleitplatte 10 laterale Randbereiche auf, welche nahezu nicht zur Umlenkung des durch die Lichtauskoppelfläche austretenden Lichtes dienen. Grundsätzlich ist es möglich, solche Bereiche des Reflektors 20 zu entfernen, beispielsweise um eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, welche mit vergleichsweise kleinem Bauraum realisiert werden kann. Andererseits können die ungenutzten Teile des Reflektors 20 auch dazu genutzt werden, dass an ihnen Halteeinrichtungen zur Befestigung des Reflektors in der Beleuchtungseinrichtung oder zur Befestigung der Beleuchtungseinrichtung in einem Kfz vorgesehen sind.
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Die 5 und 6 zeigen eine Beleuchtungseinrichtung 40 mit einer anderen Ausgestaltung der Lichtleitplatte 10. Die Lichtleitplatte 10 weist hier eine Grundform auf, welche in Schnitten parallel zur Ebene der Erstreckung des plattenartigen Lichtleiters im Wesentlichen einem Kreissektor mit Öffnungswinkel kleiner 180° entspricht (hier nahezu ein Öffnungswinkel 90°). Insofern ist diese Lichtleitplatte 10 als Sektor eines flachen Kreiszylinders ausgebildet, wobei der Öffnungswinkel des Sektors kleiner als 180° ist. Im Bereich der Mittelachse des gedachten Kreiszylinders ist die Lichtleitplatte 10 mit einer Lichteinkoppelfläche 12 versehen, welche sich eben erstreckt und im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 orientiert ist. Die Lichteinkoppelfläche 12 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass von dem Sektor des flachen Kreiszylinders die der Mittelachse zugewandte Spitze abgeschnitten ist.
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Der Öffnungswinkel des zugrunde liegenden Kreissektors kann beispielsweise so gewählt werden, dass gerade derjenige Raumbereich im Material der Lichtleitplatte 10 umfasst ist, welcher bei Einstrahlung von Licht durch die Lichteinkoppelfläche 12 lichtdurchflutet ist.
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Die Lichtleitplatte 10 ist bei der Beleuchtungseinrichtung 40 derart angeordnet, dass die Hauptabstrahlrichtung 2 der Beleuchtungseinrichtung 40 in der Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 verläuft. Anders als bei Beleuchtungseinrichtung 30 fällt die Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 nicht mit der x-z-Ebene zusammen. Insofern ist die Lichtleitplatte 10 nicht vertikal ausgerichtet. Vielmehr ist die Lichtleitplatte 10 um die x-Achse herum aus der Vertikalen heraus verkippt, beispielsweise um einen Winkel von ca. 45°.
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Der Reflektor 20 der Beleuchtungseinrichtung 40 ist als Freiformreflektor ausgebildet und wölbt sich derart um die Lichtauskoppelfläche 14 der Lichtleitplatte 10, dass das durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht in Richtung im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 umgelenkt wird. Die genaue Ausgestaltung des Freiformreflektors 20 kann beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Simulation so ausgelegt werden, dass eine gewünschte Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung 40 erzielt werden kann. Durch die Ausgestaltung des Reflektors 20 und der Lichtleitplatte 10 können außerdem Vorgaben hinsichtlich der Orientierung der einzelnen Bauteile im Kraftfahrzeug berücksichtigt werden.
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Wie in der 7 verdeutlicht, kann der Reflektor 20 derart begrenzt sein, dass eine gewünschte Abstrahllichtverteilung erzielt werden kann. Durch gezielte Definition der Begrenzungskante des Reflektors 20 kann beispielsweise eine Hell-Dunkel-Grenze in der Abstrahllichtverteilung realisiert werden, oder der Abstrahllichtverteilung eine gewünschte laterale Ausdehnung bezüglich der Hauptabstrahlrichtung gegeben werden. Auch bei derartigen Ausgestaltungen ist der Reflektor 20 derart um die Lichtauskoppelfläche 14 gewölbt, dass das durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht im Wesentlichen nicht senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 umgelenkt wird.
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Die 8 zeigt eine weitere Beleuchtungseinrichtung 50 in einem Schnitt parallel zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10. Die Lichtleitplatte 10 umfasst hier beispielhaft zwei Abschnitte 10a und 10b. Jeder der Abschnitte 10a, 10b ist als Sektor eines gedachten, flachen Kreiszylinders ausgebildet. Die Sektoren weisen jeweils einen Öffnungswinkel kleiner 180°, insbesondere kleiner 90°, ausgehend von einer Mittelachse des gedachten, zugrunde liegenden Kreiszylinders auf. Im dargestellten Beispiel weisen die den Abschnitten 10a und 10b jeweils zugrundeliegenden, gedachten Kreiszylinder eine gemeinsame Mittelachse auf. Im Bereich dieser gemeinsamen Mittelachse weist die Lichtleitplatte 10 eine Lichteinkoppelfläche auf (nicht näher dargestellt), durch welche Licht in den Lichtleiter, d.h. in die beiden Abschnitte 10a, 10b, eingekoppelt werden kann. Vorzugsweise ist die Lichtquelle 18 derart angeordnet, dass die gemeinsame Mittelachse der gedachten Kreiszylinder durch eine Lichtabgabefläche der Lichtquelle 18 verläuft.
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Wie aus 8 ersichtlich, unterscheidet sich der dem Abschnitt 10a zugrunde liegende Sektor von dem dem Abschnitt 10b zugrunde liegenden Sektor durch die Größe des dem jeweiligen Kreiszylinder zugeordneten Radius. Der dem Abschnitt 10a zugeordnete Radius ist im dargestellten Beispiel ca. doppelt so groß wie der dem Abschnitt 10b zugeordnete Radius.
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Die beiden von Sektoren von flachen Kreiszylindern gebildeten Abschnitte 10a und 10b sind dabei derart einstückig zu der Lichtleitplatte 10 zusammengesetzt, dass die Sektoren in Schnitten parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 entlang eines ihrer Begrenzungsschenkel aneinander grenzen.
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Aufgrund dieser Ausgestaltung weist die Lichtauskoppelfläche 14 zwei Abschnitte 14a und 14b auf, welche von der gemeinsamen Mittelachse der gedachten, zugrunde liegenden Kreiszylinder einen unterschiedlichen Abstand aufweisen. Bezüglich ihres Abstands zur gemeinsamen Mittelachse der zugrunde liegenden Kreiszylinder weist die Lichtauskoppelfläche 14 daher eine Stufe 52 auf.
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Im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 50 treten aus den Abschnitten 14a und 14b der Lichtauskoppelfläche 14 Lichtverteilungen aus, welche aufgrund der Stufe 52 in der Lichtauskoppelfläche 14 voneinander räumlich getrennt sind. Zur weiteren Ausgestaltung kann der Reflektor 20 daher in zwei Reflektorabschnitte 20a und 20b aufgeteilt werden, wobei der Reflektorabschnitt 20a dazu eingerichtet ist, das durch den Abschnitt 14a der Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht in Richtung nichtsenkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10, insbesondere im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 umzulenken. Der weitere Reflektorabschnitt 20b kann derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass er ausschließlich auf das durch den Abschnitt 14b der Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht wirkt und nur dieses in Richtungen nicht senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 und insbesondere im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsebene umlenkt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Reflektorabschnitt 20b einen geringeren Abstand von der Lichtquelle 18 aufweist, als der Reflektorabschnitt 20a. Denkbar ist auch, dass der Reflektorabschnitt 20b mit der Stufe 52 in der Lichtauskoppelfläche 14 zusammenläuft. Diese Ausgestaltung führt dazu, dass Licht, welches durch den Abschnitt 14a der Lichtauskoppelfläche 14 austritt, nicht von dem Reflektorabschnitt 20b erfasst wird und nur auf den Reflektorabschnitt 20a trifft.
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Anhand der 9 werden weitere Aspekte der Ausgestaltung der Lichtleitplatte 10 beschrieben. Im dargestellten Beispiel ist die Lichtleitplatte 10 wiederum als Halbkreissektor eines flachen Kreiszylinders ausgebildet. Die Lichtleitplatte 10 ist plattenförmig in dem Sinne, dass sie von sich eben erstreckenden Seitenflächen 58 und 60 begrenzt wird, welche die großen Flächen der flachen Plattenform definieren und die Ebene der Erstreckung des plattenförmigen Lichtleiters vorgeben. Die dargestellte Lichtleitplatte 10 wird ferner von schmalen Seitenflächen 62 und 64 begrenzt, welche sich senkrecht zu den großen Seitenflächen 58 und 60 erstrecken und damit senkrecht zur Erstreckungsebene des plattenförmigen Lichtleiters ausgerichtet sind. Die schmale Seitenfläche 62 bildet dabei die Schnittfläche, entlang welcher der Halbkreissektor aus dem gedachten flachen Kreiszylinder ausgeschnitten ist. Die schmale Seitenfläche 64 wird durch den in dem Halbkreissektor enthaltenen Abschnitt der Zylindermantelfläche definiert. Die sich eben erstreckende Seitenfläche 62 bildet die Lichteinkoppelfläche, die zylindrisch gewölbte Seitenfläche 64 bildet die Lichtauskoppelfläche 14 der Lichtleitplatte 10.
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In der Darstellung der 9 verlaufen die großen Seitenflächen 58 und 60 parallel zueinander. Das durch die Lichteinkoppelfläche 12 eingekoppelte Licht wird unter ggf. mehrfacher Totalreflexion zwischen den großen Seitenflächen 58 und 60 zu der radial außenliegenden Lichtauskoppelfläche 14 geleitet. Bei der gezeigten Ausgestaltung mit parallelen Seitenflächen 58 und 60 weist das durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende Licht in Schnitten senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte einen Divergenzwinkel auf, welcher im Wesentlichen dem maximalen Divergenzwinkel des durch die Lichteinkoppelfläche 12 eintretenden Lichts in Schnitten senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 entspricht. Somit kann der Divergenzwinkel in Schnitten senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 dadurch verändert werden, dass der Abstand der Lichtquelle 18 von der Lichteinkoppelfläche 12 verändert wird. Außerdem bestimmt die Breite der Lichteinkoppelfläche 12 in Richtung senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 (d.h. die Dicke des zugrunde liegenden, flachen Kreiszylinders) den genannten Divergenzwinkel.
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Zur weiteren Ausgestaltung kann die Lichtleitplatte 10 abweichend von der Darstellung der 9 auch von nicht parallel zueinander verlaufenden, großen Seitenflächen 58 und 60 begrenzt werden. Denkbar ist beispielsweise, dass die Seitenfläche 58 und die Seitenfläche 60 ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 12 entlang einer Richtung senkrecht zur Lichteinkoppelfläche 12 im Verlauf zur Lichtauskoppelfläche 14 auseinander laufen. Diese Ausgestaltung kann dazu dienen, das in der Lichtleitplatte 10 von der Lichteinkoppelfläche 12 zur Lichtauskoppelfläche 14 geleitete Licht in Richtung zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 hin zu kollimieren, d.h. den oben genannten Divergenzwinkel senkrecht zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10 zu verkleinern. Ein ähnlicher Effekt kann dadurch erzielt werden, dass die großen Seitenflächen 58 und 60 nicht eben, sondern konisch ausgehend von der Mittelachse des gedachten Kreiszylinders in radialer Richtung auseinander laufend ausgebildet sind. Dadurch wird eine als Sektor eines gedachten, flachen Kreiszylinders ausgebildete Lichtleitplatte bereitgestellt, welche eine in radialer Richtung zunehmende Dicke aufweist.
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Die Dicke kann dabei linear zunehmen, jedoch auch einer geringfügig gekrümmten Kurve folgen.
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In der 10 sind verschiedene Konzepte zur Ausgestaltung der in der 9 dargestellten Grundform einer Lichtleitplatte 10 skizzenhaft dargestellt. Die dabei gezeigten Gestaltungsmerkmale können nicht nur im Bereich eines begrenzten Sektors vorgesehen sein (wie im Falle der 10 dargestellt), sondern auch über die gesamte Lichtleitplatte 10 vorgesehen sein. In einem ersten Bereich a der 10 ist die Lichtleitplatte 10 in ihrem Verlauf ausgehend von der gedachten Mittelachse des dem Halbkreissektor zugrunde liegenden gedachten Kreiszylinders nach radial außen zunächst von parallel zueinander verlaufenden großen Seitenflächen (die sich in der Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte erstrecken) begrenzt. An diesen Bereich mit parallel verlaufenden Seitenflächen schließt sich radial ein Bereich an, in welchem die Seitenflächen in Richtung nach radial außen auseinander laufen.
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In einem Sektor C der Lichtleitplatte 10 (welcher sich auch über den vollständigen Halbkreis erstrecken kann) laufen die Seitenflächen ausgehend von der gedachten Mittelachse nach radial außen entlang einer gekrümmten Kurve auseinander. Zusätzlich kann eine der großen Seitenflächen oder beide Seitenflächen radial um die gedachte Mittelachse des zugrunde liegenden Kreiszylinders verlaufende Rillenstrukturen aufweisen, wie im Bereich d der 10 angedeutet. Solche Rillenstrukturen können dazu führen, dass bei der Lichtleitung in der Lichtleitplatte 10 die Zahl möglicher Totalreflexionswinkel vergrößert wird und so die durch die Lichtauskoppelfläche 14 austretende Lichtverteilung homogenisiert wird.
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Bei der in der 11 dargestellten Ausgestaltung der Lichtleitplatte 10 weist diese einen einstückig an die Lichtleitplatte 10 angeformten, über die Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 hervorspringenden Materialabschnitt auf. Im dargestellten Beispiel ist dieser Materialabschnitt als ein die gedachte Zylinderachse radial umlaufender Ringbundabschnitt 66 ausgebildet. Da der Ringbundabschnitt 66 einstückig mit der Lichtleitplatte 10 verbunden ist, tritt ein Anteil des durch die Lichteinkoppelfläche 12 in die Lichtleitplatte 10 eingekoppelten Lichtes in den Ringbundabschnitt 66 ein. Der Ringbundabschnitt 66 ist im dargestellten Beispiel von einer sich im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 erstreckenden Begrenzungsfläche 14’ begrenzt. Diese Ausgestaltung führt dazu, dass Lichtstrahlen, welche in den Ringbundabschnitt 16 eingeleitet werden, durch die Begrenzungsfläche 14’ aus der Lichtleitplatte 10 austreten können. Insofern wirkt die Begrenzungsfläche 14’ als ein Abschnitt der Lichtauskoppelfläche 14. Diesem zusätzlichen Abschnitt der Lichtauskoppelfläche 14 kann wiederum ein eigener Reflektorabschnitt zugeordnet sein, welcher Licht in der gewünschten Art und Weise in die Abstrahllichtverteilung umlenkt.
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Durch die Ausgestaltung des Ringbundabschnitts 66, insbesondere durch seine Abmessungen senkrecht zur Ebene der Erstreckung der Lichtleitplatte 10, kann der Anteil des durch die Begrenzungsfläche 14’ ausgekoppelten Lichts an dem insgesamt in der Lichtleitplatte 10 geleiteten Licht beeinflusst werden. Insofern bildet der Ringbundabschnitt 66 einen Auskoppelabschnitt bzw. ein Auskoppelelement der Lichtleitplatte 10, mittels welchem ein gewünschter Anteil des in der Lichtleitplatte 10 geleiteten Lichts durch den Abschnitt 14’ der Lichtauskoppelfläche 14 gezielt ausgekoppelt werden kann.
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Die mit den erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen bereitstellbare Abstrahllichtverteilung kann grundsätzlich durch die Ausgestaltungen des Reflektors 20, sowie durch Ausgestaltungen der Lichtleitplatte 10 beeinflusst werden.
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Anhand von 12 werden mögliche Ausgestaltungen der als Transportflächen wirkenden Seitenflächen der Lichtleitplatte 10 erläutert, welche sich vorzugsweise zwischen der Lichteinkoppelfläche 12 und der Lichtauskoppelfläche 14 der Lichtleitplatte 10 erstrecken. Sämtliche hier erläuterten Ausgestaltungen der Transportflächen können in einem begrenzten Bereich der jeweiligen Transportfläche (wie in 12 dargestellt), jedoch auch über die vollständige Transportfläche vorgesehen sein.
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In einem Bereich a der 12 weist eine Transportfläche 58 der Lichtleitplatte 10 ein oder mehrere Zylinderoptikelemente 68 auf, welche sich in Richtung ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 12 nach radial außen zur Lichtauskoppelfläche 14 erstrecken und in Schnitten senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung gewölbt ausgebildet sind (z.B. einen kreisbogenartigen Verlauf aufweisen). Denkbar ist auch, dass die Transportfläche 58 Optikelemente aufweist, welche sich wie erläutert radial nach außen erstrecken und eine kegelartige Kontur aufweisen, insbesondere als Abschnitt der Mantelfläche eines sich nach radial außen erstreckenden Kegels ausgebildet sind. Denkbar ist auch, dass das Optikelemente als Abschnitte eines Rotationskörpers ausgebildet ist, wobei die Rotationsachse des Rotationskörpers wie erläutert nach radial außen weist. Dabei kann die Mantelfläche des Rotationskörpers einen entlang der Erstreckungsrichtung des Optikelements variierenden Abstand von der Rotationsachse aufweisen.
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In einem Bereich b der 12 weist die Transportfläche 58 Prismenoptikelemente 70 derart auf, dass entlang eines radialen Umlaufs betrachtet eine Stufenstruktur der Transportfläche 58 erzielt wird.
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Die Transportfläche 58 kann auch mit kugelflächenartigen Ausstülpungen oder Vertiefungen versehen sein, wie dies in einem Bereich c der 12 angedeutet ist.
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Vorteilhaft kann es auch sein, in die Lichtleitplatte ausgehend von der Transportfläche 58 Rotationsprismenausnehmungen 72 einzubringen, welche durch Schwenken einer gedachten polygonalen Kurve um eine senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 verlaufende Achse definiert sind.
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Die Abstrahllichtverteilung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen kann auch durch Abweichungen der Lichtauskoppelfläche 14 von der oben dargestellten Grundform eines Zylindermantels bedarfsgerecht geformt. Mögliche Ausgestaltungen der Lichtauskoppelfläche 14 sind in 13 skizziert, wobei die jeweiligen Ausgestaltungen wiederum in einem begrenzten Bereich der Lichtauskoppelfläche 14, oder über die gesamte Lichtauskoppelfläche 14 vorgenommen werden können.
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In einem Bereich a der 13 weist die Lichtauskoppelfläche 14 eine sich um eine gedachte, senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 verlaufende Achse wölbende Grundform auf. Die Wölbung der Grundform wird dadurch erzielt, dass die Lichtauskoppelfläche 14 in dem Bereich a eine Mehrzahl von ebenen Flächenabschnitten 14.1, 14.2, 14.3 aufweist, wobei die einzelnen Flächenabschnitte jeweils unter einem nicht verschwindenden Winkel aneinander anstoßen. Insofern wird im Bereich a ein zylindrischer Verlauf der Lichtauskoppelfläche 14 durch ebene Flächenabschnitte 14.1, 14.2 und 14.3 angenähert.
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In einem Bereich b der 13 weist die Lichtauskoppelfläche 14 mehrere Radialstufenelemente 74 auf, wobei jedes Radialstufenelement 74 in einem Schnitt parallel zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 im dargestellten Beispiel zumindest zwei unter einem spitzen Winkel aneinander stoßende Begrenzungskanten aufweist.
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In einem Bereich c der 13 weist die Lichtauskoppelfläche kugelflächenartige Ausstülpungen auf. Denkbar ist auch, dass die Lichtauskoppelfläche 14 kugelflächenartige Ausnehmungen aufweist.
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Schließlich kann die Lichtauskoppelfläche 14 auch mit Zylinderoptikelementen 78 versehen sein, wobei die zugrunde liegenden Zylinderachsen der Zylinderoptikelemente 78 vorzugsweise senkrecht zur Erstreckungsebene der Lichtleitplatte 10 verlaufen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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