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Die Erfindung betrifft ein Lichtleitelement mit einem Lichtleitkörper und einer Mehrzahl von Auskoppelstellen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Beleuchtungseinheit, insbesondere für ein Fahrzeug, umfassend zumindest ein solches Lichtleitelement.
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Aus der
DE 10 2011 011 462 A1 ist ein Lichtleitelement mit Auskoppelstellen bekannt, wobei mehrere Auskoppelstellen in einer Querschnittsebene nebeneinander und entlang einer Längsschnittebene hintereinander in einer Mantelfläche des Lichtleitelements angeordnet sind. Dabei nimmt ein Längsabstand der Auskoppelstellen mit einem zunehmenden Radialabstand von einer Hauptabstrahlrichtung des Lichtleitelementes zu.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Lichtleitelement mit einer Mehrzahl von Auskoppelstellen und eine Beleuchtungseinheit mit zumindest einem Lichtleitelement anzugeben.
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Hinsichtlich des Lichtleitelements wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Beleuchtungseinheit durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Lichtleitelement umfasst einen Lichtleitkörper und eine Mehrzahl von Auskoppelstellen und zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Auskoppelstellen eine unterschiedliche optische Fläche oder unterschiedliche geometrische Formen aufweisen.
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Mittels des erfindungsgemäßen Lichtleitelements ist es in besonders einfacher Weise bei geringen Kosten und hoher optischer Effizienz möglich, verschiedene Lichtverteilungen, insbesondere auch mit einer ausgeprägten Hell-Dunkel-Grenze, zu erzeugen. Dabei ist das Lichtleitelement mit verhältnismäßig geringem Herstellungsaufwand herstellbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 schematisch ein Lichtleitelement nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch mittels des Lichtleitelements gemäß 1 gebildete Lichtverteilungen,
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3 schematisch eine mittels des Lichtleitelements gemäß 1 und einer Optik gebildete Gesamtlichtverteilung,
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4 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements in einer ersten Lage,
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5 schematisch das Lichtleitelement gemäß 4 in einer zweiten Lage,
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6 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements und mittels des Lichtleitelements erzeugte Lichtverteilungen,
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7 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements und mittels des Lichtleitelements erzeugte Lichtverteilungen und eine Gesamtlichtverteilung,
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8 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements,
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9 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements, und
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10 schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Lichtleitelement 1 mit einem Lichtleitkörper 2 nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In einer Zylindermantelfläche A des Lichtleitelements 1 ist eine Vielzahl von Auskoppelstellen AS1 bis ASn eingebracht.
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Ein Längsabstand S2 der Auskoppelstellen AS1 bis ASn nimmt mit einem zunehmenden Radialabstand von der Hauptabstrahlrichtung, welche sich entlang einer Längsschnittebene LE erstreckt, zu.
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Nicht näher dargestellte Lichtstrahlen werden an einer Stirnfläche des Lichtleitkörpers 2 derart eingekoppelt, dass sich divergente Strahlenbündel innerhalb des Lichtleitkörpers 2 bilden und somit jede der Auskoppelstellen AS1 bis ASn mit Lichtstrahlen beaufschlagt werden.
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Zwischen den in einer längs zum Lichtleitelement 1 verlaufenden Achse mit der Auskoppelstelle AS1 und zwischen den in einer längs zum Lichtleitelement 1 verlaufenden Achse mit der Auskoppelstelle AS5 liegenden weiteren Auskoppelstellen ist ein Querabstand S1 ausgebildet, so dass ein vorgegebener Divergenzwinkel aus dem Lichtleitelement 1 austretender Lichtstrahlen realisiert wird.
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2 zeigt das Lichtleitelement 1 gemäß 1 und mittels diesem gebildete Lichtverteilungen LV1 bis LV5. Da eine Anzahl der Auskoppelstellen AS1 bis ASn beidseitig ausgehend von der Längsschnittebene LE abnimmt, nimmt auch eine Helligkeit der erzeugten Lichtverteilung LV1 bis LV5 nach außen ab.
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In 3 ist eine mittels des Lichtleitelements 1 gemäß 1 und einer nicht gezeigten Optik gebildete Gesamtlichtverteilung GLV dargestellt, welche sich durch Kombination der einzelnen Lichtverteilungen LV1 bis LV5 ergibt.
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Die 4 und 5 zeigen ein mögliches erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtleitelements 1 mit einem Lichtleitkörper 2 und einer Mehrzahl von Auskoppelstellen AS1 bis ASn in unterschiedlich Lagen. Eine Anordnung des Lichtleitelements 1 gemäß 4 führt dabei zu einer vertikalen Hell-Dunkel-Grenze HDG in einer in 7 näher dargestellten erzeugten Gesamtlichtverteilung GLV. Eine Anordnung des Lichtleitelements 1 gemäß 5 führt dagegen zu einer horizontalen Hell-Dunkel-Grenze HDG.
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Das Lichtleitelement 1 ist dabei insbesondere Bestandteil einer nicht gezeigten Beleuchtungseinheit, insbesondere für ein Fahrzeug, welches ein Lichtleitelement 1 oder mehrere Lichtleitelemente 1 umfasst und beispielsweise als Scheinwerfer, Fahrtrichtungsanzeigers, Tagfahrleuchte oder Rückleuchte ausgebildet ist.
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Das Lichtleitelement 1 ist zylindrisch ausgebildet und umfasst den Lichtleitkörper 2 bzw. einen Kern, welcher eine optische Brechzahl aufweist. Der Lichtleitkörper 2 bzw. Kern ist von Luft umgeben. Der Lichtleitkörper 2 dient zum Übertragen eines oder mehrerer Lichtstrahlen.
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Der Lichtstrahl oder die Lichtstrahlen werden von einer Stirnfläche des Lichtleitkörpers 2 bzw. Kern mittels einer oder mehrerer nicht näher dargestellter Lichtquellen in den Lichtleitkörper 2 bzw. Kern des Lichtleitelementes 1 eingekoppelt. Da die optische Brechzahl der umgebenden Luft insbesondere niedriger ist als die optische Brechzahl des Lichtleitkörpers 2 bzw. Kerns, werden der Lichtstrahl oder die Lichtstrahlen durch Totalreflexion an der Grenzschicht vom Lichtleitkörper 2 bzw. Kern zur Zylindermantelfläche A entlang einer Längsachse des Lichtleitelements 1 übertragen.
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Zur Ablenkung der im Lichtleitelement 1 durch Totalreflexion eingeschlossenen Lichtstrahlen sind die Auskoppelstellen AS1 bis ASn in die Zylindermantelfläche A eingebracht. Die Auskoppelstellen AS1 bis ASn sind insbesondere jeweils als Reflexionsprisma ausgebildet.
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Die als Reflexionsprisma ausgebildeten Auskoppelstellen AS1 bis ASn sind als Materialaussparung in der Zylindermantelfläche A des Lichtleitelements 1 ausgebildet und werden vorzugsweise in einem Gussverfahren zur Herstellung des Lichtleitelements 1 mittels eines in einer Gussform angeordneten Formelements erzeugt oder nachträglich mittels Heißprägen in das Lichtleitelement 1 eingebracht.
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Die Auskoppelstellen AS1 bis ASn lenken die Lichtstrahlen derart um, dass ein Einfallswinkel kleiner als ein Grenzwinkel ist, womit die Lichtstrahlen aus dem Lichtleitelement 1 mit einem vorgegebenen Abstrahlwinkel austreten. Die Flächen, an welchen die Lichtstrahlen austreten, werden als Lichtaustrittsflächen bezeichnet.
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Insbesondere für Signalleuchten wie Tagfahrleuchten, Blinkleuchten und Fernlichtleuchten sind kleine Abstrahlwinkel erwünscht. Beispielsweise sollte der Abstrahlwinkel bei Fernlicht 5 Grad in horizontaler Richtung und 5 Grad in vertikaler Richtung betragen. Zusätzlich ist ein Lichtstärkeverlauf für alle Funktionen von Signalleuchten gesetzlich vorgeschrieben.
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Der Abstrahlwinkel wird dabei wesentlich von den Auskoppelstellen AS1 bis ASn, von deren Ausführungsform und Anordnung beeinflusst, wie dies auch in der
DE 10 2011 011 462 A1 beschrieben ist.
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Es existieren jedoch weiterhin Lichtverteilungen, wie eine Abblendlichtverteilung, Nebellichtlichtverteilung oder eine zu solchen Lichtverteilungen beitragende Grundlichtverteilung, bei welchen eine ausgeprägte, in den 6 und 7 näher dargestellte Hell-Dunkel-Grenze HDG erwünscht ist. Diese Lichtverteilungen sind mittels eines in 1 dargestellten Lichtleitelements 1 nicht herstellbar.
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Um einen, sich durch eine hohe lichttechnische Effizienz auszeichnenden Lichtleitkörper 2, mittels welchem Lichtverteilungen mit ausgeprägten Hell-Dunkel-Grenzen HDG realisierbar sind, kostengünstig herzustellen, weisen die Auskoppelstellen AS1 bis ASn unterschiedliche optische Flächen auf und sind im Wesentlichen parallel entlang einer Schnittlinie der Längsschnittebene LE des Lichtleitkörpers 2 mit der Zylindermantelfläche A des Lichtleitkörpers 2 angeordnet. Dabei sind optische Achsen der Auskoppelstellen AS1 bis ASn im Wesentlichen senkrecht zu der Schnittlinie der Längsschnittebene LE des Lichtleitkörpers 2 mit der Zylindermantelfläche A in radialer Richtung zum Lichtleitkörper 2 ausgebildet.
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Die Ausrichtung der Auskoppelstellen AS1 bis ASn in radialer Richtung erfolgt primär entlang der Längsschnittebene LE in der Zylinderantelfläche A des Lichtleitelements 1. Wesentlich ist hierbei, dass die Auskoppelstellen AS1 bis ASn mit jeweils einer korrespondierenden Kante an der Längsschnittebene LE ausgerichtet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies die jeweils linke Kante der Auskoppelstellen AS1 bis ASn. Die sich aus dieser Anordnung ergebende ”Linie” korrespondiert mit der erzeugten Hell-Dunkel-Grenze HDG in der gebildeten Lichtverteilung. Orientieren sich alle Auskoppelstellen AS1 bis ASn exakt an dieser Linie wird die Hell-Dunkel-Grenze HDG in der gebildeten Lichtverteilung mit sehr hohem Kontrast, d. h. maximal ”scharf” ausgebildet. Weichen einzelne Auskoppelstellen AS1 bis ASn von einer solchen exakten Anordnung in radialer Richtung ab, so wird die Hell-Dunkel-Grenze HDG in der gebildeten Lichtverteilung ”weicher” bzw. ”verschwimmt”.
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Eine Variation der Größe aller Auskoppelstellen AS1 bis ASn, das heißt eine Variation der optischen Flächen der Auskoppelstellen AS1 bis ASn in radialer Richtung weg von der Längschnittebene LE – im dargestellten Ausführungsbeispiel nach rechts – führt zu einem ”weichen Auslauf” der Lichtintensität der gebildeten, beispielsweise in 7 dargestellten Gesamtlichtverteilung GLV.
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Dabei nimmt ein mengenmäßiger Anteil von Auskoppelstellen AS1 bis ASn mit sich in radialer Richtung erstreckender großer optischer Fläche an einer gesamten Menge von Auskoppelstellen AS1 bis ASn auf dem Lichtleitelement 1 in radialer Richtung ab. Übertragen auf die gebildete Gesamtlichtverteilung GLV bedeutet dies, das die Gesamtlichtverteilung GLV sich durch eine sehr große Helligkeit unmittelbar unterhalb der erzeugten Hell-Dunkel-Grenze HDG auszeichnet und die Helligkeit mit zunehmendem Abstand von der Hell-Dunkel-Grenze HDG abnimmt.
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Alternativ oder zusätzlich zur dargestellten Ausbildung der Auskoppelstellen AS1 bis ASn mit unterschiedlichen optischen Flächen weisen diese in nicht dargestellten Ausführungsbeispielen unterschiedliche geometrische Formen auf.
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Weiterhin sind mehrere Auskoppelstellen AS1 bis ASn zu jeweils einer lichttechnischen Auskoppeleinheit AE1 bis AEm zusammengefasst, so dass Auskoppeleinheiten AE1 bis AEm mit besonders großer optischer Fläche erzeugbar sind.
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In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Auskoppelstellen AS1 bis ASn, vergleichbar mit dem in 1 gezeigten Lichtleitelement 1 nach dem Stand der Technik, nebeneinander angeordnet. Zur einfachen Erzeugung von Bereichen in den Lichtverteilungen mit definierter Helligkeit und zur Erzeugung der ausgeprägten Hell-Dunkel-Grenzen HDG nimmt hierbei eine Anzahl von Auskoppelstellen AS1 bis ASn mit sich in radialer Richtung erstreckender großer optischer Fläche mit wachsendem Abstand von der Schnittlinie der Längsschnittebene LE mit der Zylindermantelfläche A ab.
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In 6 sind ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtleitelements 1 und mittels des Lichtleitelements 1 erzeugte Lichtverteilungen LV1 bis LV3 dargestellt. Da alle Auskoppelstellen AS1 bis ASn oberhalb der Längsschnittebene LE angeordnet sind, ergibt sich eine ”scharfe” Hell-Dunkel-Grenze HDG mit großem Kontrast, oberhalb welcher kein Licht erzeugt wird. Unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG nimmt die Helligkeit aufgrund der abnehmender Anzahl der Auskoppelstellen AS1 bis ASn ab. Die Hell-Dunkel-Grenze HDG bildet sich dabei aufgrund der Anordnung der Auskoppelstellen AS1 bis ASn mit ihrer Kante an der gedachten Linie.
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7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtleitelements 1 und mittels des Lichtleitelements 1 erzeugte Lichtverteilungen LV1 bis LV3 sowie eine Gesamtlichtverteilung GLV.
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Zur Erhöhung einer lichttechnischen Effizienz gegenüber dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl der Auskoppelstellen AS1 bis ASn erhöht. Weiterhin ist eine optische Fläche derselben zumindest in Teilbereichen in der dargestellten Weise erhöht, so dass die dargestellte Gesamtlichtverteilung GLV mit ausgeprägter horizontaler Hell-Dunkel-Grenze HDG und einem ”weichen” Lichtauslauf nach unten erzeugt wird.
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In den 8 bis 10 sind weitere mögliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lichtleitelements 1 dargestellt, wobei in Abhängigkeit der zu erzeugenden Gesamtlichtverteilung GLV die Anordnung der Auskoppelstellen AS1 bis ASn, die Größe der optischen Fläche, ein Abstand zur Längsschnittebene LE und ein Abstand der Auskoppelstellen AS1 bis ASn zueinander variiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtleitelement
- 2
- Lichtleitkörper
- A
- Zylindermantelfläche
- AE1 bis AEm
- Auskoppeleinheit
- AS1 bis ASn
- Auskoppelstelle
- GLV
- Gesamtlichtverteilung
- HDG
- Hell-Dunkel-Grenze
- LE
- Längsschnittebene
- LV1 bis LV5
- Lichtverteilung
- S1
- Querabstand
- S2
- Längsabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011462 A1 [0003, 0036]
