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Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter für Kfz-Beleuchtungseinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Lichtleiter weisen eine Lichteinkoppelfläche auf, durch welche Licht in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann. In dem Lichtleiter wird das Licht durch vielfache Totalreflexion an Begrenzungsflächen des Lichtleiters geleitet. Für die einzelnen Lichtstrahlen eines in dem Lichtleiter geleiteten Lichtbündels können daher abschnittsweise eine Vielzahl verschiedener Ausbreitungsrichtungen entlang des Strahlengangs auftreten. Im räumlichen Mittel jedoch wird trotz der vielfachen Totalreflexion zwischen den Begrenzungsflächen des Lichtleiters das Licht in dem Lichtleiter entlang eines Lichtleitweges geleitet.
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Die
DE 10 2007 057 399 A1 zeigt einen Lichtleiter für Fahrzeug-Beleuchtungseinrichtungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wobei die Lichteinleitung durch konische oder ellipsoidförmige Lichteinkoppelelemente erfolgt. Die
US 2007/0236909 A1 zeigt Lichtleiter für Display-Beleuchtungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Im Bereich der Kfz-Beleuchtungseinrichtungen soll das Licht aus dem Lichtleiter meist in kontrollierter Weise ausgekoppelt werden, da die erzielte Lichtverteilung oftmals gesetzlichen Vorgaben genügen muss. Zur Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter kann dieser eine ihn begrenzende Lichtauskoppelfläche aufweisen, die sich beispielsweise über den gesamten Querschnitt des Lichtleiters erstreckt. Denkbar ist jedoch auch, dass an einer im Übrigen zur Lichtleitung unter interner Totalreflexion dienenden Lichtleitfläche ein oder mehrere Auskoppelelemente angeordnet sind. Solche Auskoppelelemente können beispielsweise in der Art eines über die Lichtleitfläche hervorspringenden, z. B. prismenartigen, Auskoppelkörpers oder in der Art einer Facette ausgebildet sein.
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Um auf diese Weise durch Auskopplung von Licht aus dem Lichtleiter eine gewünschte, z. B. den gesetzlichen Anforderungen entsprechende Lichtverteilung zu erzeugen, sollte die in dem Lichtleiter vorliegende Lichtverteilung möglichst gut bekannt sein. Aufgrund der vielfachen Totalreflexion der verschiedenen Einzellichtstrahlen bei Lichtleitung durch den Lichtleiter ist oftmals die in dem Lichtleiter vorliegende Lichtverteilung nur unzureichend bekannt. Insbesondere ist die Winkelabhängigkeit der Einzellichtstrahlen in dem Lichtleiter nur unzureichend bekannt. Die korrekte Anordnung von Auskoppelelementen und/oder Lichtauskoppelflächen zur Erzeugung einer gewünschten, ausgekoppelten Lichtverteilung erfordert dann aufwändige Versuchsreihen oder Simulationsreihen. Diese Probleme treten besonders ausgeprägt bei flächigen, dünnwandigen Lichtleitern auf, da in diesem Fall die Lichtleitung mit einer hohen Zahl von Hin- und Her-Reflexionen des Lichtes an den flächigen, gegenüberliegenden Lichtleitflächen verbunden ist.
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In Beleuchtungseinrichtungen für den Kfz-Bereich ist es außerdem oftmals erwünscht, mit dem Lichtleiter eine Richtungsänderung des Lichtleitweges herbeizuführen. Hierzu können die Lichtleiter als Ganzes gebogen oder gewölbt verlaufen. Insbesondere bei Verwendung von dünnwandigen, flächigen Lichtleitern kann ein Problem darin bestehen, dass entlang des Lichtleitweges lokal für in dem Lichtleiter geleitete Lichtstrahlen der Grenzwinkel der Totalreflexion zum Lot auf die Grenzfläche unterschritten wird, was zu einer unerwünschten Lichtauskopplung führen kann. Je besser die Winkelverteilung der in dem Lichtleiter geleiteten Lichtstrahlen bekannt ist, desto zuverlässiger können derartige Probleme beim Design eines Lichtleiters vermieden werden.
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Um trotz der geschilderten Probleme mit einem Lichtleiter dennoch die gewünschte Intensität und/oder Lichtverteilung erzeugen zu können, muss oftmals ein Teil der ausgekoppelten Lichtverteilung abgeschattet werden. Dies verringert die Effizienz des optischen Systems und führt zu erhöhten Kosten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen flächigen Lichtleiter bereitzustellen, in welchem mit möglichst hoher Effizienz eine Lichtverteilung bereitgestellt werden kann, die in zuverlässiger und beherrschbarer Weise eine Auskopplung derart erlaubt, dass die ausgekoppelte Lichtverteilung einer gewünschten, beispielsweise gesetzlich vorgegebenen Lichtverteilung entspricht. Insbesondere soll es auch möglich sein, mit dem Lichtleiter erhebliche Richtungsänderungen des Lichtleitweges herbeizuführen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Lichtleiter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorliegend handelt es sich insbesondere um dünnwandige Lichtleiter. Diese weisen eine Lichteinkoppelfläche zum Einkoppeln von Licht in den Lichtleiter durch die Lichteinkoppelfläche hindurch auf. Ausgehend von der Lichteinkoppelfläche kann Licht unter interner Totalreflexion an Grenzflächen des Lichtleiters in dem Lichtleiter geleitet werden, so dass sich im räumlichen Mittel ein Lichtleitweg durch den Lichtleiter definieren lässt.
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Die Abschnitte des Lichtleiters (Einkoppelabschnitt, Lichtfortleitabschnitt, ggf. Übergangsabschnitt, wie im Einzelnen nachfolgend erläutert) sind dünnwandig insofern, als die jeweilige laterale Ausdehnung um ein Vielfaches größer ist, als die Wandstärke des jeweiligen Abschnitts.
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Die Lichteinkoppelfläche des Einkoppelabschnitts erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Einkoppelrichtung. In Querschnitten senkrecht zur Einkoppelrichtung betrachtet, ist der dünnwandige, z. B. schalenartige Einkoppelabschnitt als Ganzes gewölbt, d. h. in Querschnitten senkrecht zur Einkoppelrichtung gewölbt begrenzt. Dabei verlaufen in Querschnitten senkrecht zur Einkoppelrichtung betrachtet, jeweils gegenüberliegende Begrenzungslinien des Querschnitts parallel zueinander.
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Die Wölbung des Einkoppelabschnitts äußert sich darin, dass der Einkoppelabschnitt von wenigstens zwei gegenüberliegenden Lichtleitflächen begrenzt ist, welche im Querschnitt senkrecht zur Einkoppelrichtung betrachtet gewölbt verlaufen. Dabei verlaufen die Lichtleitflächen parallel zueinander, z. B. derart, dass die beiden Lichtleitflächen lokal jeweils eine gemeinsame Richtung als Flächennormale aufweisen. Die Lichtleitflächen sind dazu ausgebildet und derart angeordnet, dass Licht, welches durch die Lichteinkoppelfläche in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann, durch interne Totalreflexion an den Lichtleitflächen in dem Lichtleitabschnitt weitergeleitet werden kann.
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Die Lichtleitflächen erstrecken sich vorzugsweise in ihrem unmittelbar an die Lichteinkoppelfläche angrenzenden Abschnitt vorzugsweise senkrecht zu der Lichteinkoppelfläche. Die Lichteinkoppelfläche wird insbesondere von einer schmalen Seitenfläche des dünnwandigen Einkoppelabschnitts gebildet, wobei die Ausdehnung der Lichteinkoppelfläche durch die Wandstärke des Einkoppelabschnitts gegeben ist. Insbesondere schließen sich dann die Lichtleitflächen senkrecht unmittelbar an die Lichteinkoppelfläche an.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Lichtleiter einen Übergangsabschnitt aufweist, welcher entlang des Lichtleitweges zwischen dem Einkoppelabschnitt und dem Lichtfortleitabschnitt angeordnet ist. Der Übergangsabschnitt dient zur Überleitung von Licht aus dem gewölbten Einkoppelabschnitt und dem ebenen Lichtfortleitabschnitt. Vorzugsweise ist der Übergangsabschnitt ebenfalls dünnwandig ausgebildet, insbesondere sich flächig erstreckend. Wenigstens eine Lichtleitfläche des Übergangsabschnitts weist in Längsschnitten parallel zum Lichtleitweg betrachtet einen Krümmungswechsel auf.
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Der Übergangsabschnitt zeichnet sich dadurch aus, dass er mit gewölbt begrenztem Querschnitt (d. h. Schnitte senkrecht zum Lichtleitweg in dem Übergangsabschnitt) in den Einkoppelabschnitt übergeht, und mit gerade begrenztem Querschnitt bezüglich des Lichtleitweges in den Lichtfortleitabschnitt übergeht. Hierzu ist der Übergangsabschnitt von Lichtleitflächen derart begrenzt, dass der Übergangsabschnitt in einem Eingangsbereich in Querschnitten (bezüglich des Lichtleitweges) von gewölbt verlaufenden Kanten begrenzt ist, und in einem Ausgangsbereich in Querschnitten (bezüglich des Lichtleitweges von gerade verlaufenden Kanten begrenzt ist. Die Lichtleitflächen des Übergangsabschnitts verlaufen in dem Eingangsbereich insbesondere parallel zueinander und gewölbt (im Querschnitt zum Lichtleitweg betrachtet) und in dem Ausgangsbereich insbesondere parallel zueinander und gerade (im Querschnitt zum Lichtleitweg betrachtet). Der Übergangsabschnitt geht mit seinem Eingangsbereich einstückig in den Einkoppelabschnitt über und mit seinem Ausgangsbereich einstückig in den Lichtfortleitabschnitt über.
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Der Lichtfortleitabschnitt ist ebenfalls dünnwandig, sich flächig erstreckend, beispielsweise scheibenflächenartig oder plattenartig ausgebildet und ist in Querschnitten senkrecht zum Lichtleitweg betrachtet gerade begrenzt, d. h. nicht gewölbt. Beispielsweise weist der Lichtfortleitabschnitt zwei gegenüberliegende Grenzflächen auf, welche im Querschnitt zum Lichtleitweg betrachtet gerade und parallel zueinander verlaufen.
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Vorzugsweise weist der Lichtfortleitabschnitt Mittel zur Lichtauskopplung auf, beispielsweise eine oder mehrere Lichtauskoppelflächen oder Auskoppelelemente, wie nachfolgend noch näher erläutert. Der Lichtfortleitabschnitt erstreckt sich ausgehend von dem Übergangsabschnitt zunächst, d. h. zumindest abschnittsweise in eine Lichtableitrichtung. Diese weicht in der Regel von der Einkoppelrichtung ab, so dass mit dem Lichtleiter insgesamt eine Richtungsänderung des Lichtleitweges erzielt werden kann. Denkbar sind insbesondere Ausgestaltungen, bei welchen die Lichtableitrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Einkoppelrichtung ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen, dünnwandigen Lichtleiter kann in dem Lichtfortleitabschnitt eine Lichtverteilung erzielt werden, welche eine kontrollierte Auskopplung des Lichts aus dem Lichtfortleitabschnitt zur Erzeugung einer gewünschten, ausgekoppelten Lichtverteilung ermöglicht. Die eingangs erläuterten Probleme, welche insbesondere bei dünnwandigen, flächigen Lichtleitern auftreten, können minimiert werden. Insbesondere kann der Lichtleiter derart gestaltet werden, dass sich das Licht in dem flächigen, dünnwandigen Lichtfortleitabschnitt in Form von Lichtstrahlen fortpflanzt, welche in Projektion auf eine Ebene (z. B. im Wesentlichen parallel zu der Erstreckungsebene des Lichtfortleitabschnitts) kollimiert oder parallelisiert sind. Dies ermöglicht eine kontrollierte Auskopplung aus dem Lichtfortleitabschnitt. Auskoppelelemente und/oder Lichtauskoppelflächen können dann beim Design des Lichtleiters leicht derart positioniert werden, dass die Lichtstrahlen mit einer gewünschten Lichtverteilung aus dem Lichtfortleitabschnitt austreten. Insbesondere kann erreicht werden, dass das in dem Lichtleiter geleitete Licht im Wesentlichen als parallelisiertes Lichtbündel aus dem Übergangsabschnitt in den Lichtfortleitabschnitt eintritt. Insofern existiert zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Lichtfortleitabschnitt insbesondere eine gedachte, gerade begrenzte Querschnittsfläche des Lichtleiters, welche den Übergang zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Lichtfortleitabschnitt bildet, und durch welche Licht in bezüglich einer Ebene kollimierten Lichtbündeln, vorzugsweise als parallelisierte Lichtbündel, durchtritt.
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Durch geeignete Ausgestaltungen des Einkoppelabschnitts und/oder des Übergangsabschnitts besteht die Freiheit, einen Lichtleitweg durch den Lichtleiter mit einer oder mehreren Richtungsänderungen vorzugeben. Dies ist im Bereich der Kfz-Beleuchtungseinrichtungen oftmals erwünscht, z. B. wenn nur begrenzter Bauraum zur Verfügung steht.
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Der beschriebene Lichtleiter wird in der Regel mit einer oder mehreren Lichtquellen verbaut, welche auf einer im Wesentlichen ebenen Platine angeordnet sind. Dabei ist die Lichteinkoppelfläche vorzugsweise derart in Bezug auf die Lichtquelle angeordnet, dass das von der Lichtquelle abgegebene Licht durch die Lichteinkoppelfläche in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann, wobei die Einkoppelrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Platine verläuft. Ausgehend von der Lichteinkoppelfläche erstreckt sich der Einkoppelabschnitt des Lichtleiters z. B. zunächst im Wesentlichen senkrecht zur Platine. Der Einkoppelabschnitt geht in den Übergangsabschnitt und dieser dann in den Lichtfortleitabschnitt über, welcher sich in die Lichtableitrichtung erstreckt. Vorzugsweise ist die Lichtableitrichtung im Wesentlichen parallel zu der Platine ausgerichtet. Dadurch lässt sich eine kompakte Einheit aus Lichtquelle, ggf. mit zugehöriger elektronischer Schaltung auf der Platine, und dem Lichtleiter erzielen.
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Der Einkoppelabschnitt, der Übergangsabschnitt und der Lichtfortleitabschnitt sind vorzugsweise flächig ausgebildet mit einer Wandstärke, die um ein Vielfaches geringer ist als die jeweilige flächige Ausdehnung. Die flächige Ausdehnung der Abschnitte ist beispielsweise durch eine Abmessung entlang des Lichtleitweges und z. B. weiter durch eine Abmessung senkrecht hierzu definiert. Die flächige Ausdehnung kann auch durch die Abmessungen entlang zweier zueinander senkrechter, tangentialer Richtungen zur Oberfläche des jeweiligen Abschnitts definiert sein. Ist beispielsweise der Lichtfortleitabschnitt in der Art einer rechteckigen Platte ausgebildet, so kann die Wandstärke 2 mm bis 5 mm betragen, und eine Länge des Lichtfortleitabschnitts entlang des Lichtleitweges im Bereich von 50 mm liegen, sowie eine Breite von beispielsweise 80 mm gewählt werden. Für den Einkoppelabschnitt ist eine Ausgestaltung als Kugelschale denkbar, wobei die Wandstärke der Kugelschale beispielsweise 2 bis 5 mm beträgt und der Radius der zugeordneten Kugel z. B. 10 bis 100 mm, insbesondere ca. 40 mm beträgt.
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Der Lichtleiter kann vorteilhafterweise als Ganzes im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Hierbei lassen sich z. B. Dicken im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 bis 5 mm realisieren. Der Lichtleiter besteht vorzugsweise aus einem transparenten oder glasklaren Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff, wie beispielsweise Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA).
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Eine dünnwandige, flächige Ausgestaltung des Einkoppelabschnitts führt dazu, dass der Einkoppelabschnitt eine große Innenfläche, eine große Außenfläche und im Vergleich hierzu schmale Seitenflächen aufweist. Die große Innenfläche und die große Außenfläche bilden die Lichtleitflächen, die zur Lichtleitung unter interner Totalreflexion dienen. Die Innenfläche und die Außenfläche haben voneinander insbesondere einen der Wandstärke des Einkoppelabschnitts entsprechenden Abstand. Vorzugsweise verlaufen die Innenfläche und die Außenfläche derart, dass ihr Abstand zueinander im Wesentlichen konstant ist. Die verlaufen insbesondere im Wesentlichen parallel zueinander.
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Die schmalen Seitenflächen sind dann vorzugsweise derart angeordnet, dass bei Einkopplung eines um die Einkoppelrichtung divergierenden Lichtbündels durch die Lichteinkoppelfläche das Licht in dem Einkoppelabschnitt nicht auf die schmale Seitenfläche trifft. Die schmale Seitenfläche begrenzt den Lichtleiter beispielsweise in Richtung senkrecht zu den großen Lichtleitflächen (Innenfläche und Außenfläche), in Richtung der Erstreckungsfläche des Einkoppelabschnitts.
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Insofern sind vorzugsweise nur die große Innenfläche und die große Außenfläche des Einkoppelabschnitts zur Lichtleitung unter interner Totalreflexion ausgebildet. Die schmalen Seitenflächen hingegen können so angeordnet sein, dass sie nicht der Lichtleitung dienen und bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Lichtleiters nicht von dem durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppelten Licht erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass keine unerwünschten Winkelkomponenten des Lichts durch Reflexion an den schmalen Seitenflächen für einzelne Lichtstrahlen erzeugt werden. Ein störender Einfluss der sich im Wesentlichen senkrecht zu den Lichtleitflächen erstreckenden Seitenflächen kann so vermieden werden. Selbstverständlich sind jedoch auch Ausgestaltungen denkbar, bei welchen die schmalen Seitenflächen ebenfalls zur Lichtleitung beitragen. Vorteilhaft kann es ja nach Anwendung beispielsweise sein, dass der Einkoppelabschnitt derart in seiner lateralen Ausdehnung zum Lichtleitweg bemessen ist, dass er bei Einkopplung eines um die Einkoppelrichtung divergierenden Lichtbündels vollständig von Licht durchflutet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird ein zur Lichtleitung nicht benötigter Materialüberstand vermieden.
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Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass der Einkoppelabschnitt und der Übergangsabschnitt derart geformt sein können, dass ein durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes, um die Einkoppelrichtung divergierendes Lichtbündel in ein sich in dem Lichtfortleitabschnitt fortpflanzendes Lichtbündel umgeformt werden kann, welches – zumindest in Projektion auf eine Ebene parallel zu einer Erstreckungsfläche des Lichtfortleitabschnitts betrachtet – parallelisiert oder kollimiert ist. Denkbar ist auch, dass sich das Licht in dem Lichtfortleitabschnitt als echtes Parallellichtbündel fortpflanzt, beispielsweise aus Lichtstrahlen parallel zu der Lichtableitrichtung. Ein solches Parallellichtbündel erscheint in Projektion auf jede denkbare Ebene parallelisiert. Im Zusammenhang mit der Erfindung sind eine Reihe möglicher Ausgestaltungen beschrieben, um die genannten Wirkungen zu erzielen.
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Die Parallelisierung bzw. die Kollimierung kann bereits in dem Einkoppelabschnitt erfolgen, wobei der Übergangsabschnitt dann das Licht in den im Querschnitt gerade begrenzten Lichtfortleitabschnitt überleitet, ohne die Kollimierung bzw. Parallelisierung aufzuheben. Andererseits kann eine Kollimierung oder Parallelisierung auch erst in dem Übergangsabschnitt erfolgen, vor Überleitung in den Lichtfortleitabschnitt.
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Der Lichtfortleitabschnitt ist vorzugsweise plattenartig eben ausgebildet und erstreckt sich in die Lichtableitrichtung. Denkbar sind jedoch auch Ausgestaltungen, bei denen der Lichtfortleitabschnitt keilartig ausgebildet ist, z. B. von Grenzflächen begrenzt ist, welche ausgehend von dem Übergangsabschnitt entlang der Lichtableitrichtung keilartig auseinanderlaufen. Im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg ist der Lichtfortleitabschnitt auch bei diesen Ausgestaltungen gerade begrenzt, d. h. weist keine Wölbung auf.
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Der Lichtfortleitabschnitt kann auch zumindest abschnittsweise derart ausgebildet sein, dass er in Längsschnitten entlang des Lichtleitweges gewölbt begrenzt ist, z. B. entlang einer Kreisbogenlinie. In Querschnitten senkrecht zu dem Lichtleitweg jedoch ist der Lichtfortleitabschnitt auch hier gerade begrenzt. Insbesondere kann der Lichtfortleitabschnitt abschnittsweise zylindrisch ausgebildet sein, wobei sich die gedachte Zylinderachse senkrecht zu der Lichtableitrichtung erstreckt. Konkret kann der Lichtfortleitabschnitt beispielsweise einen Abschnitt eines dünnwandigen Zylinders umfassen, welcher sich um eine Achse wölbt, die senkrecht zu der Einkoppelrichtung und senkrecht zu der Richtung des Lichtleitweges in Übergang zwischen dem Übergangsabschnitt und dem Lichtfortleitabschnitt verläuft.
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Die Übergänge zwischen dem Einkoppelabschnitt, dem Übergangsabschnitt und dem Lichtfortleitabschnitt erfolgen vorzugsweise stetig, mit stetiger Steigung und z. B. auch mit stetiger Krümmung. Hierbei gehen in Längsschnitten entlang des Lichtleitweges betrachtet, die Lichtleitflächen des Übergangsabschnitts stetig und mit stetiger Steigung, insbesondere auch mit stetiger Krümmung, in den Einkoppelabschnitt und/oder in den Lichtfortleitabschnitt über. Die Lichtleitflächen des Einkoppelabschnitts schließen sich dabei – in Längsschnitten parallel zum Lichtleitweg betrachtet – vorzugsweise ebenfalls stetig und mit stetiger Krümmung und/oder mit stetiger Steigung an die Lichtleitflächen des Übergangsabschnitts an. Auch für den Übergang zu dem Lichtfortleitabschnitt kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Oberflächen des Lichtfortleitabschnitts in der genannten Weise an die Lichtleitflächen des Übergangsabschnitts anschließen.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine Lichtleitfläche des Übergangsabschnitts in Längsschnitten parallel zum Lichtleitweg zumindest einen Wendepunkt auf. Diese Ausgestaltung gilt vorzugsweise auch für die gegenüberliegende Lichtleitfläche des dünnwandigen Übergangsabschnitts, welche sich insbesondere parallel zu der ersten Lichtleitfläche erstreckt. Als vorteilhaft hat sich insbesondere ein S-förmiger Verlauf (in Längsschnitten parallel zum Lichtleitweg) der Lichtleitfläche des Übergangsabschnitts herausgestellt. Ein S-förmiger Verlauf kann beispielsweise dadurch charakterisiert werden, dass die Lichtleitfläche in dem Längsschnitt betrachtet, im Verlauf ausgehend von dem Einkoppelabschnitt ein erstes Extremum (z. B. Maximum), dann einen Wendepunkt und schließlich ein zweites Extremum (z. B. Minimum) aufweist. Die Amplitude der Extrema in Bezug auf den Wendepunkt – in Längsschnitten entlang des Lichtleitweges betrachtet – nimmt vorzugsweise ausgehend von einem Mittelschnitt durch den Lichtleiter nach lateral außen hin zu. Diese Gestaltung ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Übergang zwischen einem gewölbt begrenzten Einkoppelabschnitt und einem gerade begrenzten, beispielsweise plattenartig ebenen, Lichtfortleitabschnitt.
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Die Ausgestaltung des Übergangsabschnitts zwischen dem im Querschnitt gewölbt begrenzten Einkoppelabschnitt und dem im Querschnitt gerade begrenzten Lichtfortleitabschnitt hat entscheidenden Einfluss darauf, ob und inwieweit das in dem Lichtfortleitabschnitt geleitete Licht kollimiert und/oder parallelisiert ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Übergangsabschnitts ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtleitfläche des Übergangsabschnitts in einem Eingangsbereich (d. h. am Übergang zu dem Einkoppelabschnitt) im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg betrachtet, kreisbogenförmig verläuft und in einem Ausgangsbereich (am Übergang zu dem Lichtfortleitabschnitt) im Querschnitt gerade verläuft. In diesem Ausgangsbereich kann dann eine gedachte Ebene definiert werden, in welcher die Lichtleitfläche im Ausgangsbereich verläuft. Der Übergangsabschnitt ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Lichtleitfläche in dem genannten Eingangsbereich über die gedachte Ebene der Lichtleitfläche in dem Ausgangsbereich hervorsteht, insbesondere derart, dass die Lichtleitfläche sich in dem Eingangsbereich aus der genannten Ebene bauchartig, mit kreisbogenförmigem Querschnitt herauswölbt. Denkbar ist jedoch auch, dass sich die gewölbte Lichtleitfläche in dem genannten Eingangsbereich im Querschnitt betrachtet tangential an die genannte Ebene anschmiegt.
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Vorzugsweise sind die beiden Lichtleitflächen des Übergangsabschnitts im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet, so dass die genannte Ausgestaltung jeweils auch für die andere Lichtleitfläche gilt.
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Bei Blick entlang der genannten Ebene und in Lichtableitrichtung wölbt sich der kreisförmige Abschnitt im Eingangsbereich über die Ebene hinaus, in welcher die Lichtleitfläche in dem Ausgangsbereich verläuft. Die dem Querschnitt zugeordneten Kreise weisen vorzugsweise Radien auf, welche ausgehend von dem Eingangsbereich zum Ausgangsbereich hin zunehmen. Die Kreisbogenabschnitte sind vorzugsweise derart gewählt, dass sich alle Schnittkreise in Projektion entlang der Lichtableitrichtung in zwei Schnittpunkten schneiden, wobei diese Schnittpunkte insbesondere in einer gemeinsamen Ebene liegen, die vorzugsweise mit der genannten Ebene zusammenfällt, in welcher die Lichtleitfläche im Ausgangsbereich verläuft.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Einkoppelabschnitt doppelt gekrümmt ausgeführt. Die Lichtleitflächen des Einkoppelabschnitts weisen dann in Querschnitten senkrecht zur Einkoppelrichtung und in Längsschnitten parallel zu der Einkoppelrichtung jeweils einen gekrümmten Verlauf, insbesondere einen kreisbogenartigen Verlauf, auf. Ein derartig doppelt gekrümmter Einkoppelabschnitt kann beispielsweise als Abschnitt einer Kugelschale ausgebildet sein, wobei die Kugelflächen die Lichtleitflächen bilden und die Wandstärke der Kugelschale die schmale Seitenfläche definiert, an welcher insbesondere die Lichteinkoppelfläche vorgesehen ist. Derartige Einkoppelabschnitte ändern die Richtung des eingekoppelten Lichts bereits vor Übergang in den Übergangsabschnitt. Es kann aufgrund der doppelten Krümmung eine kollimierende Wirkung erzielt werden.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Lichtleitflächen des Einkoppelabschnitts jeweils als Abschnitte einer Rotationsfläche ausgebildet, die durch Rotation einer Basislinie um eine senkrecht zur Einkoppelrichtung verlaufende Rotationsachse erzielt werden kann. Vorzugsweise erstreckt sich die Rotationsachse parallel zu der Lichtableitrichtung des Lichtfortleitabschnitts. Die Basislinie ist beispielsweise als Kreisbogenabschnitt ausgebildet, und schneidet vorzugsweise die Rotationsachse. Laufen die Basislinie und die Rotationsachse in ihrem Schnittpunkt senkrecht zusammen, so ist die resultierende Lichtleitfläche ein Kugelschalenabschnitt.
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Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Lichtleitfläche des Einkoppelabschnitts als Abschnitt einer Torusoberfläche ausgebildet ist (bzw. beide Lichtleitflächen derart ausgebildet sind). Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die oben genannte Basislinie in einem spitzen Winkel mit der Rotationsachse zusammenläuft, wobei der spitze Winkel in Richtung entgegengesetzt zur Wölbungsrichtung des Kreisbogens hin offen ist.
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Je nach Anwendung kann es jedoch auch vorteilhaft sein, eine nur einfach gekrümmte Ausgestaltung des Einkoppelabschnitts vorzusehen. Hierzu kann die Lichtleitfläche des Einkoppelabschnitts beispielsweise einen zylindrischen Verlauf um die Einkoppelrichtung aufweisen. Sie kann zumindest abschnittsweise als Rotationsfläche einer Basislinie um eine zur Einkoppelrichtung parallele Achse ausgebildet sein.
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Der Lichtfortleitabschnitt dient vorzugsweise der Lichtauskopplung aus dem Lichtleiter. Hierzu kann der Lichtfortleitabschnitt in Richtung entgegengesetzt zum Übergangsabschnitt von einer Lichtauskoppelfläche begrenzt sein. Diese Lichtauskoppelfläche kann sich beispielsweise senkrecht zum Lichtleitweg erstrecken. Denkbar ist jedoch auch, dass sich die Lichtauskoppelfläche gewinkelt zur Richtung des Lichtleitweges in dem Lichtleiter erstreckt. Dadurch kann eine Brechung bei Auskopplung herbeigeführt werden, die zu einer kontrollierten Richtungsänderung genutzt werden kann. Da das Licht in dem Lichtfortleitabschnitt eine leicht verständliche Lichtverteilung aufweist, beispielsweise kollimiert ist, kann die Lichtauskoppelfläche auf einfache Weise zur Erzeugung einer gewünschten, ausgekoppelten Lichtverteilung gestaltet werden.
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An den großen Grenzflächen des Lichtfortleitabschnitts (welche in die Lichtleitfläche des Übergangsabschnitts übergehen) können Auskoppelelemente vorgesehen sein. Diese sind vorzugsweise als über die Grenzfläche hervorragende Körper, beispielsweise prismenartig ausgebildet. Sie können totalreflektierende Grenzflächen aufweisen, mittels welcher Licht zur Auskopplung reflektiert werden kann. Denkbar ist jedoch auch, dass die Auskoppelelemente jeweils Grenzflächen aufweisen, die in Bezug auf die großen Grenzflächen des Lichtfortleitabschnitts derart orientiert sind, dass für Lichtstrahlen, die in das Auskoppelelement eintreten, die Bedingung der Totalreflexion nicht mehr erfüllt ist und diese Lichtstrahlen durch die genannte Grenzfläche des Auskoppelelementes hindurch austreten.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Beleuchtungseinrichtung gelöst, welche eine Lichtquelle und einen Lichtleiter der beschriebenen Art aufweist, wobei die Lichtquelle derart angeordnet ist, dass das von der Lichtquelle abgegebene Licht durch die Lichteinkoppelfläche in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen für die erfindungsgemäßen Lichtleiter sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in welcher auf die Figuren Bezug genommen wird.
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Es zeigen:
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1 Skizze zur Erläuterung von Einkoppelabschnitt und Lichtfortleitabschnitt für eine Ausführungsform eines Lichtleiters;
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2 perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters;
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3 Längsansicht des Lichtleiters gemäß 2;
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4 Frontansicht des Lichtleiters gemäß 2 und 3;
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5 weitere Ausgestaltungen des Lichtleiters;
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6 Skizze zur Erläuterung von Einkoppelabschnitt und Lichtfortleitabschnitt für eine weitere Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters;
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8 Detailansicht eines Übergangsabschnitts in perspektivischer Darstellung;
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9 Längsansicht des Übergangsabschnitts gemäß 8;
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10 Frontansicht des Übergangsabschnitts gemäß 8 und 9;
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11 eine weitere Ausgestaltung für einen erfindungsgemäßen Lichtleiter;
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12 und 13 zur technischen Erläuterung einen weiteren Lichtleiter in perspektivischer Darstellung.
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Zur besseren Übersichtlichkeit sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren für gleiche oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Zur Erläuterung der grundliegenden Problematik ist in 1 ein Kugelflächenabschnitt und ein Abschnitt einer Ebene skizziert. Der Kugelflächenabschnitt kann als Lichtleitfläche 10 eines dünnwandigen Einkoppelabschnitts verstanden werden. Ein dünnwandiger Einkoppelabschnitt ist dann dadurch definiert, dass sich eine weitere, der Lichtleitfläche 10 gegenüberliegende Lichtleitfläche insbesondere parallel zu dieser in einem geringen Abstand erstreckt. Dieser Abstand legt die Wandstärke des Einkoppelabschnitts fest. Mit diesem Verständnis ist in 1 ein dünnwandiger, kugelschalenartiger Einkoppelabschnitt 12 dargestellt.
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In entsprechender Weise kann die in 1 dargestellte Ebene als Grenzfläche 14 eines dünnwandigen, ebenen Lichtfortleitabschnitts 16 verstanden werden. Dieser ist beispielsweise als dünnwandige Platte ausgebildet, wobei in geringem Abstand parallel zu der Grenzfläche 14 eine weitere Grenzfläche des Lichtfortleitabschnitts 16 verläuft.
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In 1 sind ferner Lichtstrahlen angedeutet (gestrichelte Linien), welche sich ausgehend von einer Lichteinkoppelfläche (gebildet von einer Schmalseite des kugelschalenartigen Einkoppelabschnitts) ausbreiten. Durch räumliche Mittelung lässt sich in den Abschnitten 12 und 16 ein Lichtleitweg 18 festlegen, entlang welchem sich im Mittel die Lichtenergie ausbreitet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich u. a. mit dem Problem, entlang des Lichtleitweges 18 einen geeigneten Übergang zwischen der Lichtverteilung in dem gewölbten Einkoppelabschnitt 12 und dem zumindest abschnittsweise geraden Lichtfortleitabschnitt 16 derart bereitzustellen, dass die gewünschten Lichtverteilungen erhalten bleiben.
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Die erfindungsgemäßen Lichtleiter umfassen jeweils dünnwandige Abschnitte. In den Figuren wird meist auf die zu 1 erläuterte Darstellungsweise zurückgegriffen, bei der ein dünnwandiger Abschnitt jeweils nur durch eine seiner Oberflächen veranschaulicht ist. Die gegenüberliegende Oberfläche des jeweiligen, dünnwandigen Abschnitts verläuft dann in geringem Abstand vorzugsweise parallel zu der dargestellten Oberfläche.
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Die 2 bis 4 zeigen einen Lichtleiter 20, bei welchem zur Überleitung von Licht zwischen dem gewölbten Einkoppelabschnitt 12 und dem geraden Lichtfortleitabschnitt 16 ein Übergangsabschnitt 22 vorgesehen ist, welcher einstückig in den Einkoppelabschnitt 12 und den Lichtfortleitabschnitt 16 übergeht. Auch der Übergangsabschnitt 22 ist dünnwandig ausgebildet, und in den 2 bis 4 wiederum nur durch eine seiner Lichtleitflächen 24 visualisiert.
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Im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 weist die Lichtleitfläche 10 des Einkoppelabschnitts 12 einen gewölbten (hier: kreisbogenförmigen) Verlauf auf. Die Grenzfläche 14 des Lichtfortleitabschnitts 16 hingegen verläuft im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gerade. Der Einkoppelabschnitt 12 weist somit gewölbt begrenzte Querschnitte senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 auf. Der Lichtfortleitabschnitt 16 weist gerade begrenzte Querschnitte senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 auf.
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Wie in 2 angedeutet, bildet die Lichtleitfläche 10 eine große Außenfläche des Einkoppelabschnitts 12. Ebenso bildet die Lichtleitfläche 24 eine große Außenfläche des Übergangsabschnitts, und die Grenzfläche 14 eine Außenfläche des Lichtfortleitabschnitts 16. Die dünnwandigen Abschnitte sind wie erläutert dadurch definiert, dass sich in geringem Abstand, vorzugsweise parallel, zu den jeweiligen Außenflächen eine zugehörige Innenfläche erstreckt.
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Der dünnwandige Einkoppelabschnitt 12 weist eine schmale Seitenfläche 26 auf, welche sich zwischen der Innenfläche und der Außenfläche (Lichtleitfläche 10) des Einkoppelabschnitts 12 erstreckt und deren Breite im Wesentlichen der Wandstärke des Einkoppelabschnitts 12 entspricht. Ein mittiger Bereich der schmalen Seitenfläche 26 bildet eine Lichteinkoppelfläche 28 des Einkoppelabschnitts 12. Die Lichteinkoppelfläche 28 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Einkoppelrichtung 30. Ausgehend von der schmalen Seitenfläche 26 verlaufen die kugelschalenartigen Lichtleitflächen 10 zunächst derart, dass die Einkoppelrichtung 30 eine Tangentialrichtung definiert. Ausgehend von der schmalen Seitenfläche 26, und damit von der Lichteinkoppelfläche 28, wölbt sich die Lichtleitfläche 10 in Längsschnitten parallel zu dem Lichtleitweg 18 kreisbogenförmig.
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Im Querschnitt senkrecht der Einkoppelrichtung 30 hat die Lichtleitfläche 10 einen gewölbten, hier ebenfalls kreisbogenartigen Verlauf. Im dargestellten Beispiel erstreckt sich die Lichtleitfläche 10 des Einkoppelabschnitts 12 so weit entlang des Lichtleitweges 18, bis die lokale Tangentialebene an die Lichtleitfläche 10 im Wesentlichen senkrecht zu der Einkoppelrichtung 30 verläuft. Dies entspricht im dargestellten Beispiel einem 90°-Sektor auf einer zugrundeliegenden, dünnwandigen Kugelschale.
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Auch im Bereich des Übergangs zu dem Übergangsabschnitt 22 ist der Einkoppelabschnitt 12 daher von der Lichtleitfläche 10 derart begrenzt, dass der Querschnitt des Einkoppelabschnitts 12 senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 von einer gewölbt verlaufenden Kante 32 (hier: kreisbogenartiger Verlauf) begrenzt ist.
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Im dargestellten Beispiel verläuft die gewölbte Kante 32 am Übergang zu dem Übergangsabschnitt 22 in einer Ebene, die sich parallel zu der Einkoppelrichtung 30 erstreckt.
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Der Lichtfortleitabschnitt 16 ist wie erläutert plattenartig ausgebildet und im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gerade begrenzt. Der plattenartige Lichtfortleitabschnitt 16 erstreckt sich bei dem Lichtleiter 20 in eine Lichtableitrichtung 34. Im dargestellten Beispiel verläuft die Lichtableitrichtung entlang des Lichtleitweges 18 und senkrecht zu der Einkoppelrichtung 30.
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Die in dieser Anmeldung beschriebenen Lichtleiter werden gewöhnlich mit Lichtquellen zu einer Beleuchtungseinrichtung verbaut. Hier findet vorzugsweise eine Lichtquelle Verwendung, welche eine im Wesentlichen ebene Lichtabgabefläche aufweist, wie dies beispielsweise bei einer LED der Fall ist. Die Lichtquelle ist dann derart in Bezug auf den Lichtleiter angeordnet, dass die Lichtabgabefläche in den Bereich der Lichteinkoppelfläche 28 des Einkoppelabschnitts 12 gebracht wird, wobei sich die Lichteinkoppelfläche 28 und die Lichtabgabefläche vorzugsweise parallel zueinander erstrecken.
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Die Lichtleitfläche 24 des Übergangsabschnitts 22 weist am Übergang zu dem Einkoppelabschnitt 12 im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 ebenfalls einen gewölbten Verlauf auf, welcher im dargestellten Beispiel dem Verlauf der gewölbten Kante 32 folgt. Am Übergang in den Lichtfortleitabschnitt 16 weist die Lichtleitfläche 24 im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 den Verlauf einer geraden Kante 36 auf.
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Die Lichtleitfläche 24 des Übergangsabschnitts 22 weist in Längsschnitten parallel zu dem Lichtleitweg 18 einen Verlauf mit Krümmungswechsel auf. Um dies zu veranschaulichen, sind in den 2 und 3 (und auch in weiteren Figuren) jeweils Längsschnittlinien 38 und Querschnittlinien 40 eingezeichnet, welche durch Schneiden der jeweiligen Lichtleitfläche 24 mit Längsschnittebenen entlang des Lichtleitweges 18 und hierzu senkrechten Querschnittebenen senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 entstehen.
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Wie beispielsweise in 3 erkennbar, weisen die Längsschnittlinien (d. h. der Verlauf der Lichtleitfläche 24 im Längsschnitt entlang des Lichtleitweges 18) einen Verlauf mit Krümmungswechsel auf, so dass entlang jeder Längsschnittlinie 38 im Verlauf zwischen der gewölbten Kante 32 und der geraden Kante 36 ein Wendepunkt 41 vorliegt.
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Die Lichtleitfläche 24 weist in einem Eingangsbereich 42, am Übergang zu dem Einkoppelabschnitt 12, im Querschnitt einen kreisbogenförmigen Verlauf auf. Die Querschnittslinien 40 sind daher in dem Eingangsbereich 42 kreisbogenförmig (vgl. 2). Am Übergang zu dem Lichtfortleitabschnitt 16 hingegen verläuft die Lichtleitfläche 24 im Schnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gerade. Dies definiert einen Ausgangsbereich 44 des Übergangsabschnitts 22. Die Lichtleitfläche 24 verläuft in dem Ausgangsbereich 44 somit in einer Ebene 46, welche im dargestellten Beispiel mit der Erstreckungsebene der Grenzfläche 14 des Lichtfortleitabschnitts 16 zusammenfällt.
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Wie in der 3 erkennbar, verläuft die Lichtleitfläche 24 im Eingangsbereich 42 des Übergangsabschnitts 24 auf derjenigen Seite der Ebene 46, welche der Lichteinkoppelfläche 28 gegenüberliegt. Insofern wölbt sich die Lichtleitfläche 24 in dem Eingangsbereich 42 bauchartig aus der Ebene 46 heraus.
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Dies ist deutlich erkennbar in 4, welche eine Frontansicht des Übergangsabschnitts 22 entlang der Lichtableitrichtung 34 zeigt. Die Querschnittslinien 40 im Eingangsbereich 42 folgen erkennbar Kreislinien. Die Lichtleitfläche 24 bildet einen Bauchabschnitt 48, welcher über die Ebene 46 hervorragt, in welcher die Lichtleitfläche 24 im Ausgangsbereich 44 verläuft (vgl. 3).
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Die Lichtleitfläche kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sich die kreisförmigen Querschnittslinien der Lichtleitfläche 24 in zwei Schnittpunkten 50, 50' schneiden, welche vorzugsweise in der Ebene 46 liegen. Der über die Ebene 46 hervorragende, im Querschnitt kreisförmige Bauchabschnitt 48 der Lichtleitfläche 24 erstreckt sich dann zwischen den Schnittpunkten 50, 50' der kreisförmigen Querschnittslinien.
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Die 5 zeigt eine Ausgestaltung, bei welcher der Einkoppelabschnitt 12 in seiner lateralen Ausdehnung bezüglich des Lichtleitweges 18 derart zugeschnitten ist, dass er dann, wenn ein um die Einkoppelrichtung 30 divergierendes Lichtbündel durch die Lichteinkoppelfläche 28 eingekoppelt wird, der Einkoppelabschnitt 12 nahezu vollständig lichtdurchflutet ist. Insofern wurden solche Materialabschnitte entfernt, die im Betrieb nicht lichtdurchflutet sind.
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Die 6 zeigt eine Darstellung ähnlich der 1, wobei wiederum zunächst getrennt voneinander eine ebene Grenzfläche 14 eines Lichtfortleitabschnitts 16, sowie eine gewölbte Lichtleitfläche 10 eines Einkoppelabschnitts 12 schematisch dargestellt sind. Wie bereits vorstehend erläutert, sind die eigentlichen Abschnitte 12, 16 wiederum als dünnwandige Lichtleitabschnitte gebildet, wobei beispielsweise jeweils eine zu den dargestellten Flächen 10, 14 parallele Grenzfläche in geringem Abstand verläuft.
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Im Beispiel der 6 ist die Lichtleitfläche 10 des Einkoppelabschnitts 12 als Rotationsfläche ausgebildet. Diese entsteht durch Rotation einer Basislinie 52 um eine Rotationsachse 54. Die Basislinie 52 kann als Kreisbogenabschnitt ausgebildet sein (vgl. 6). Sie erstreckt sich vorzugsweise gewölbt ausgehend von der Rotationsachse 54. Je nach Winkel, unter dem sich die Rotationsachse 54 und die Basislinie 52 schneiden, entstehen Lichtleitflächen mit verschiedenen Eigenschaften. Schneidet beispielsweise die Basislinie 52 die Rotationsachse 54 senkrecht, so ist die Lichtleitfläche in der Art einer Kugeloberfläche ausgebildet (vgl. beispielsweise 1 bis 4).
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Läuft die Basislinie 52 mit der Rotationsachse 54 unter einem spitzen Winkel zusammen, wobei der spitze Winkel in Richtung entgegengesetzt zu dem Lichtfortleitabschnitt 16 offen ist, so entsteht durch Rotation der Basislinie 52 um die Rotationsachse 54 ein Abschnitt einer Torusoberfläche als Lichtleitfläche 10 (vgl. 6).
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Die 7 zeigt einen Lichtleiter 60. Dieser kann ausgehend von der 6 dadurch konstruiert werden, dass zur Überleitung von Licht aus dem torusartig gewölbten Einkoppelabschnitt 12 in den im Querschnitt gerade begrenzten Lichtfortleitabschnitt 16 ein Übergangsabschnitt 22 vorgesehen ist. Der Übergangsabschnitt 22 ist ebenfalls dünnwandig ausgebildet und geht einstückig einerseits in den Einkoppelabschnitt 12, andererseits in den Lichtfortleitabschnitt 16 über.
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Die Lichteinkoppelfläche 28 ist vorzugsweise derart an dem Einkoppelabschnitt 12 angeordnet, dass die Rotationsachse 54 durch die Lichteinkoppelfläche 28 verläuft. Ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 28 lässt sich wiederum ein Lichtleitweg 18 für die im räumlichen Mittel in dem Lichtleiter 60 unter interner Totalreflexion geleiteten Lichtstrahlen definieren (siehe oben).
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Ausgehend von der 6 ist der Einkoppelabschnitt 12 als sektorartiger Ausschnitt aus dem in der 6 angedeuteten rotationssymmetrischen Abschnitt 12 gebildet. Der Sektor kann beispielsweise derart gewählt werden, dass der Einkoppelabschnitt 12 bei Einkopplung eines divergierenden Lichtbündels durch die Lichteinkoppelfläche 28 vollständig lichtdurchflutet ist.
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Bei dem Lichtleiter 60 erstreckt sich der Lichtfortleitabschnitt 16 plattenartig entlang einer Lichtableitrichtung 34, welche im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 54 verläuft. Die Einkoppelrichtung, zu der sich die Lichteinkoppelfläche 28 im Wesentlichen senkrecht erstreckt, verläuft radial senkrecht von der Rotationsachse 54 weg.
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Die Lichtleitfläche 24 des Übergangsabschnitts 22 weist in ihrem Übergang in die Lichtleitfläche 10 des Einkoppelabschnitts 12 einen im Querschnitt zum Lichtleitweg 18 betrachteten gewölbten Verlauf auf (gewölbte Kante 32). Im Übergang zu dem Lichtfortleitabschnitt 16 ist die Lichtleitfläche 24 des Übergangsabschnitts 22 gerade (gerade Kante 36). Die 8 bis 10 zeigen Detailansichten des Übergangsabschnitts 22, wie er beispielsweise bei dem Lichtleiter 60 zwischen dem Einkoppelabschnitt 12 und dem Lichtfortleitabschnitt 16 angeordnet sein kann. Der Lichtleitabschnitt 22 ist wiederum nur durch eine seiner Lichtleitflächen 24 visualisiert. Zur Erläuterung der Ausgestaltung der Lichtleitfläche 24 sind wiederum Querschnittlinien 40 dargestellt, welche durch Schnitt der Lichtleitfläche 24 mit äquidistanten Schnittebenen erzielt werden können, welche sich senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 (vgl. 7) und/oder senkrecht zu der Lichtableitrichtung 34 erstrecken. Ferner sind Längsschnittlinien 38 eingezeichnet, welche durch Schnitte mit äquidistanten Ebenen entlang des Lichtleitweges 18 entstehen.
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Der Übergangsabschnitt 22 weist wiederum einen Eingangsbereich 42 und einen Ausgangsbereich 44 auf, mittels welchem er einstückig mit dem Einkoppelabschnitt 12 bzw. dem Lichtfortleitabschnitt 16 verbunden ist (in den 8 bis 10 nicht dargestellt). In dem Eingangsbereich weist der Übergangsabschnitt wiederum einen gewölbten Querschnitt auf, d. h. die Lichtleitfläche 24 hat hier kreisbogenförmige Querschnittlinien 40. In dem Eingangsbereich 42 ist die Lichtleitfläche 24 von der kreisbogenartigen gewölbten Kante 32 begrenzt, über welche sich die Lichtleitfläche 24 an die zugeordnete Lichtleitfläche 10 des Einkoppelabschnitts 12 anschließt.
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In dem Ausgangsbereich 44 verläuft die Lichtleitfläche 24 wieder näherungsweise in einer Ebene. Der Eingangsbereich 42 wölbt sich in entgegengesetzter Richtung zu der Lichteinkoppelfläche 28 (vgl. 7) über die genannte Ebene hinaus. Dadurch wird ein Bauchabschnitt 48 gebildet. Die 10 zeigt eine Frontansicht des Übergangsabschnitts 22 gemäß 8 und 9 mit Blickrichtung entlang der Lichtableitrichtung 34, welche der Richtung des Lichtleitweges 18 in dem Ausgangsbereich 44 entspricht. Anders als in der Darstellung der 4 laufen hier die kreislinienartigen Querschnittslinien 40 nicht exakt in zwei Schnittpunkten zusammen. Vielmehr schneiden sich verschiedene Querschnittslinien 40 paarweise in einem Konzentrationsbereich 50'', durch welchen diejenige Ebene 46 verläuft, der sich die Lichtleitfläche 24 in dem Ausgangsbereich 44 annähert (vgl. 10).
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In 11 ist eine weitere Ausgestaltung der beschriebenen Lichtleiter dargestellt. An einen Übergangsabschnitt 22, dessen Lichtleitfläche 24 in einem Ausgangsbereich 44 im Querschnitt zu dem Lichtleitweg 18 betrachtet gerade verläuft (gerade Kante 36) schließt sich ein im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 ebenfalls gerade begrenzter Lichtfortleitabschnitt 16 einstückig und mit stetiger Steigung an. Für die Funktion des erfindungsgemäßen Lichtleiters ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Lichtfortleitabschnitt gänzlich krümmungsfrei verläuft. Wesentlich ist vielmehr, dass der Lichtfortleitabschnitt 16 im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gerade begrenzt ist, d. h. dass die Grenzfläche 14 des Lichtfortleitabschnitts 16 im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 einer Geraden folgt. Der Lichtfortleitabschnitt kann daher einen Abschnitt 16' umfassen, welcher in Längsschnitten parallel zu dem Lichtleitweg 18 gewölbt begrenzt ist, jedoch in Querschnitten senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gerade begrenzt ist. Dieser Teil 16' des Lichtfortleitabschnitts weist daher eine Grenzfläche 14' auf, welche im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gerade verläuft, jedoch im Längsschnitt entlang des Lichtleitwegs 18 gewölbt verläuft. Beispielsweise kann die Grenzfläche 14' als Abschnitt eines Zylindermantels ausgebildet sein, welcher sich um eine Zylinderachse 62 wölbt, die sowohl senkrecht zu dem Lichtleitweg 18, als auch senkrecht zu der Einkoppelrichtung 30 orientiert ist (vgl. Beispiel gemäß 11).
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Ein in der vorstehenden Art und Weise im Längsschnitt gewölbter Lichtfortleitabschnitt 16' ermöglicht es in vorteilhafter Weise, an der gewölbten Grenzfläche 14' Auskoppelelemente anzuordnen, um das in dem Lichtfortleitabschnitt 16' geleitete Licht in gewünschte Richtungen auszukoppeln.
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In den 12 und 13 ist ein weiterer Lichtleiter 70 dargestellt, welcher einen gewölbten Einkoppelabschnitt 12, einen im Querschnitt gerade begrenzten Lichtfortleitabschnitt 16, und einen Übergangsabschnitt 22 zur Überleitung des Lichts von dem gewölbten Einkoppelabschnitt 12 in den im Querschnitt gerade begrenzten Lichtfortleitabschnitt 16 umfasst.
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Der Einkoppelabschnitt 12 weist wiederum eine Lichteinkoppelfläche 28 auf, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Einkoppelrichtung 30 erstreckt.
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Der Lichtfortleitabschnitt 16 erstreckt sich beispielsweise entlang einer Lichtableitrichtung 24, welche senkrecht zu der Einkoppelrichtung 30 verläuft.
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Bei den bisher geschilderten Ausgestaltungen ist der Einkoppelabschnitt sowohl in Querschnitten senkrecht zu dem Lichtleitweg 18, als auch in Längsschnitten entlang des Lichtleitweges 18 gewölbt. Der Einkoppelabschnitt 12 des Lichtleiters 70 hingegen ist nur einfach gewölbt. Im Bereich ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 28 ist der Einkoppelabschnitt 12 zunächst nur im Querschnitt senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 gewölbt. Im Bereich nahe der Lichteinkoppelfläche 28 ist der Einkoppelabschnitt 12 im Längsschnitt entlang des Lichtleitwegs 18 nahezu gerade verlaufend begrenzt.
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Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Einkoppelabschnitt 12 eine Lichtleitfläche 10 aufweist, welche näherungsweise einem Abschnitt einer Mantelfläche eines Zylinders entspricht, der sich um eine zu der Einkoppelrichtung 30 parallele Achse wölbt (vgl. 13).
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Die 13 zeigt ferner die Lichtleitfläche 24 des Übergangsabschnitts 22, wobei zur Erläuterung der Form wiederum Längsschnittlinien 38 entlang des Lichtleitwegs 18 und Querschnittlinien 40 senkrecht zu dem Lichtleitweg 18 eingezeichnet sind. Die Lichtleitfläche 24 des Übergangsabschnitts 22 verläuft in einem Eingangsbereich 42 des Übergangsabschnitts 22 wiederum gewölbt, wobei in dem Eingangsbereich 42 die Lichtleitfläche 24 nahezu die Form einer Zylindermantelfläche aufweist.
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In einem Ausgangsbereich 44 verläuft die Lichtleitfläche 24 wiederum nahezu in einer Ebene 46. Die Ebene 46 geht in die ebenfalls ebene Grenzfläche 14 des Lichtfortleitabschnitts 16 über (vgl. 13). Der Lichtfortleitabschnitt 16 erstreckt sich eben oder zumindest abschnittsweise eben entlang der Lichtableitrichtung 34.
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In Längsschnitten entlang des Lichtleitweges 18 erstreckt sich die Lichtleitfläche 24 daher in dem Ausgangsbereich 44 nahezu senkrecht zu dem Eingangsbereich 42. Der Übergangsabschnitt 22 des Lichtleiters 70 ist daher dazu ausgebildet, eine Richtungsänderung des Lichtleitweges 18 um nahezu 90° zu erzielen.
