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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lichtleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Eine solche Beleuchtungseinrichtung und eine solche Lichtleiteranordnung sind aus der Druckschrift
EP 2 548 769 A1 bekannt.
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In Kraftfahrzeugen werden z.B. Leuchtenfunktionen mehr und mehr durch Lichtleiteranordnungen realisiert. Dabei können die Leuchtenfunktionen den Frontbereich des Kraftfahrzeugs betreffen, wie z.B. bei der Realisierung eines Blinklichts, eines Tagfahrlichts oder eines Positionslichts. Die Leuchtenfunktionen können aber auch den Heckbereich des Kraftfahrzeugs betreffen, wie bspw. bei der Realisierung eines Bremslichts, eines Rücklichts, eines Blinklichts, eines Nebellichts oder eines Rückfahrlichts.
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Die Form eines Lichtleiters kann unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Totalreflexion des Lichts in dem Lichtleiter frei gewählt werden, so dass sich ein großer Gestaltungsspielraum beim Design der Beleuchtungseinrichtungen, insbesondere der Form der Lichtaustrittsflächen ergibt. Ziel ist es dabei, trotz der Designfreiheiten eine relativ helle und insbesondere homogen ausgeleuchtete Lichtaustrittsfläche zu erzeugen. Das in Lichtleiter eingekoppelte Licht wird üblicherweise durch Halbleiterlichtquellen, bevorzugt Leuchtdioden (LEDs), erzeugt. Dabei kann das Licht von einer einzigen Leuchtdiode ausgesendet werden, es können aber auch mehrere Leuchtdioden, z.B. auch in Form eines Leuchtdiodenarrays, verwendet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Lichtleitertypen bekannt. Einerseits werden im Wesentlichen stabförmige Lichtleiter mit vorzugsweise kreis- oder ellipsenförmiger Querschnittsfläche verwendet, bei denen in der Regel die Lichteintrittsfläche an einer Stirnseite an einem freien Ende des Lichtleiters ausgebildet ist. Zumindest ein Teil der Umfangsfläche des Lichtleiters bildet dabei die Grenzfläche zur Totalreflexion und zum Leiten des eingekoppelten Lichts entlang der Längserstreckung des Lichtleiters. In dem Lichtleiter können Lichtauskoppelflächen angeordnet sein, welche auf sie auftreffendes Licht in Richtung einer Lichtaustrittsfläche reflektieren, so dass es durch die Austrittsfläche aus dem Lichtleiter austritt. Je nach der Ausbildung und Anordnung von Lichtauskoppelflächen des Lichtleiters kann die Lichtaustrittsfläche entweder an einer Stirnfläche an einem dem ersten freien Ende entgegengesetzten freien Ende angeordnet sein, oder die Lichtaustrittsfläche verläuft entlang zumindest eines Teils der Längserstreckung des Lichtleiters. Problematisch bei diesen langgestreckten Lichtleitern ist es, die über zumindest einen Teil der Längserstreckung verlaufende Lichtaustrittsfläche homogen auszuleuchten.
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Darüber hinaus sind seit einiger Zeit plattenförmige Lichtleiter bekannt, die auch als Blockoptiken bezeichnet werden. Eine Blockoptik weist üblicherweise zwei zueinander beabstandete und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Wandungen auf, die als Grenzfläche dienen. Eine Schmalseite der Blockoptik ist üblicherweise orthogonal zu den parallel verlaufenden Wandungen angeordnet. Mindestens ein erster Abschnitt der Schmalseite dient als Lichtaustrittsfläche. Ein anderer Abschnitt der Schmalseite der Blockoptik, insbesondere ein zumindest teilweise dem ersten Abschnitt gegenüberliegender Abschnitt, dient als Lichtauskoppelfläche. Weitere Abschnitte der Schmalseite zwischen dem ersten und dem anderen Abschnitt können als zusätzliche Grenzfläche zur Totalreflexion des eingekoppelten Lichts dienen. Die Kontur der Blockoptik kann bei einem Blick von oben nahezu beliebig ausgebildet und an die optischen Anforderungen an die Blockoptik angepasst sein. Das heißt, die Blockoptik kann z.B. eckig, rund, elliptisch oder auch zumindest in einem Teilbereich parabelförmig ausgebildet sein. Im Grunde kann die Kontur einer beliebigen Freiform folgen.
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Bei der Blockoptik ist die Lichteintrittsfläche üblicherweise in einer in einer der parallelen Wandungen ausgebildeten Vertiefung in dem plattenförmigen Körper ausgebildet. Die Vertiefung dient üblicherweise dazu, mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufzunehmen. Natürlich können auch mehrere Vertiefungen in der Blockoptik jeweils zur Aufnahme mindestens einer Halbleiterlichtquelle vorgesehen sein. Jede Vertiefung kann auch mehr als eine Halbleiterlichtquelle, bspw. ein Leuchtdioden-Array, aufnehmen. Zumindest ein Teil der Wandungen der Vertiefung dient als Lichteintrittsfläche.
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Bei einer von oben betrachtet parabelförmigen Ausbildung der Blockoptik-Kontur ist die Lichtquelle bevorzugt im Brennpunkt der Parabel angeordnet. Dadurch wird aus der Blockoptik automatisch im Wesentlichen paralleles Licht über die Lichtaustrittsfläche ausgesandt. Eine Blockoptik hat den Vorteil, dass sie insbesondere zur Erzeugung einer großen, homogen ausgeleuchteten Fläche genutzt werden kann. Zudem erlaubt sie eine besonders effiziente Einkopplung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts.
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Aus der
EP 2 169 296 A1 ist ein Beispiel für eine derartige Blockoptik bekannt. Die gezeigte Blockoptik weist einen plattenförmigen transparenten Körper mit einer von oben betrachtet Parabelform oder parabelähnlichen Form auf. Die bekannte Blockoptik kann die gewünschte homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche nur dann erzielen, wenn sie eben ausgestaltet ist, d.h. die Form einer ebenen Platte aufweist. In diesem Fall ist die Lichtaustrittsfläche im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Wenn die Blockoptik dagegen gekrümmt ausgebildet ist, d.h. bspw. die Form eines Hohlzylinderabschnitts oder eine Kugelsegments aufweist, wird das in der Blockoptik zur Lichtaustrittsfläche hin propagierte Licht zur bezüglich der Krümmung äußeren der beiden gegenüberliegenden Wandungen hin gedrängt, so dass sich auf der Lichtaustrittfläche außen ein besonders heller Bereich ergibt. Bei gekrümmter oder gewölbter Blockoptik weist die Lichtaustrittsfläche somit die Form eines Ringabschnitts oder Ringsegments auf. Insgesamt kann bei einer gekrümmten oder gewölbten Blockoptik also keine homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche erzielt werden. Insofern kann die bekannte Blockoptik zur Realisierung ringförmiger oder ringabschnittsförmiger Leuchtflächen, bspw. zur Realisierung von Leuchtringen, die ein Lichtmodul bzw. eine Linse eines Projektionsmoduls umgeben, oder von gebogenen oder gewölbten Leuchtflächen in der Beleuchtungseinrichtung nicht oder nur eingeschränkt eingesetzt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Beleuchtungseinrichtung bzw. eine Lichtleiteranordnung dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Mehrzahl von Lichtfunktionen mit möglichst geringem baulichen Aufwand erzeugbar ist, wobei möglichst homogen ausgeleuchtete Lichtaustrittsflächen sowohl für im Wesentlichen gerade als auch für beliebig gewölbte oder gekrümmte Lichtaustrittsflächen realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist damit eine Kombination mindestens einer Blockoptik und mindestens eines stabförmigen Lichtleiters auf, so dass die jeweiligen Vorteile der Blockoptik und die des stabförmigen Lichtleiters in einer einzigen Beleuchtungseinrichtung miteinander kombiniert werden können. Dabei wird zur Erzeugung rechteckiger, gerader Leuchtflächen die mindestens eine Blockoptik eingesetzt, die einerseits eine besonders homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche und andererseits auch relativ hohe Beleuchtungsstärkewerte erzielen kann. Die Blockoptik eignet sich somit besonders gut zur Erzeugung von lichtstarken Lichtfunktionen, wie z.B. eines Bremslichts oder eines Blinklichts. Andere Lichtfunktionen, die gemäß den gesetzlichen Vorgaben (z.B. ECE-Regelungen) keine so hohen Beleuchtungsstärkewerte erfordern, bspw. Leuchtenfunktionen, werden dagegen bevorzugt durch mindestens einen stabförmigen Lichtleiter realisiert. Zudem eignet sich der mindestens eine stabförmige Lichtleiter besonders gut zur Realisierung von gewölbten, ringförmigen oder ringabschnittsförmigen Leuchtflächen. Dabei verläuft die ausgeleuchtete Lichtaustrittsfläche vorzugweise entlang zumindest eines Teils der Längserstreckung des Lichtleiters. Der stabförmige Lichtleiter kann dabei im Querschnitt rund, elliptisch oder in beliebig anderer Weise ausgebildet sein. Durch die Kombination von Lichtleiter und Blockoptiken kann eine hohe Flexibilität bezüglich der Form (Kontur und Verlauf) der Leuchtfläche erzielt werden, die es möglich macht, dass äußerst flache und sehr komplexe Lichtleiteranordnungen, auch mit einem individuellen Erscheinungsbild, geschaffen werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass in dem stabförmigen Lichtleiter Lichtauskoppelelemente derart ausgebildet sind, dass diese Licht über die in Längserstreckung des Lichtleiters angeordnete Lichtaustrittsfläche verteilen. Dadurch kann über die gesamte Länge der Lichtaustrittsfläche des stabförmigen Lichtleiters Licht ausgesandt werden. Die Lichtauskoppelelemente sind vorzugsweise derart auf die Form des Lichtleiters und/oder die Ausgestaltung der Lichtaustrittsfläche abgestimmt, dass das ausgekoppelte Licht die Lichtaustrittsfläche möglichst homogen ausleuchtet. Dies wird zwar unter Umständen nicht ganz so gut gelingen, wie bspw. bei einer ebenen parabelförmigen Blockoptik, aber doch wesentlich besser als bei einer gewölbten oder gekrümmten parabelförmigen Blockoptik mit ringförmiger oder ringabschnittsförmiger Lichtaustrittsfläche. Die Lichtaustrittsrichtung des Lichtleiters ist vorzugsweise orthogonal zur Längserstreckung des Lichtleiters gerichtet. Die Lichtaustrittsfläche kann bei Bedarf sehr schmal und flexibel gewölbt oder gekrümmt ausgebildet sein. Dabei kann über die gesamte Längserstreckung des Lichtleiters oder einen Teil davon Licht ausgesandt werden, so dass bspw. eine Lichtleiste, z.B. zur Realisierung eines Tagfahrlichts, entsteht.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung dient bevorzugt zur Realisierung von Leuchtenfunktionen (z.B. Blinklicht, Positionslicht, Standlicht, Parklicht, Tagfahrlicht, Bremslicht, Rücklicht, Rückfahrlicht, etc.) im Kraftfahrzeug. Denkbar ist jedoch auch, dass die Beleuchtungseinrichtung zur Realisierung von Scheinwerferfunktionen (z.B. Abblendlicht, Fernlicht, Teilfernlicht, Markerlicht, Nebellicht, Kurvenlicht, adaptives Fahrtlicht, etc.) eingesetzt werden kann. Die Leuchtenfunktion kann von dem stabförmigen Lichtleiter entweder alleine oder im Zusammenwirken mit der Blockoptik erzeugt werden. Ebenso kann die Scheinwerferfunktion von der Blockoptik entweder alleine oder im Zusammenwirken mit dem stabförmigen Lichtleiter erzeugt werden. Ferner ist es denkbar, dass ein stabförmiger Lichtleiter der Beleuchtungseinrichtung eine Leuchtenfunktion und eine Blockoptik der Beleuchtungseinrichtung eine Scheinwerferfunktion realisiert.
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Besonders bevorzugt wird der mindestens eine stabförmige Lichtleiter in der Beleuchtungseinrichtung zur Realisierung von gewölbten oder gekrümmten Leuchtflächen realisiert, wohingegen die mindestens eine Blockoptik eher zur Realisierung von geraden Leuchtflächen genutzt wird. Insgesamt ergibt sich somit eine Beleuchtungseinrichtung, die eine nahezu beliebig geformte leuchtende Fläche mit besonders hoher Effizienz und besonders homogen ausgeleuchtet realisieren kann.
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Der stabförmige Lichtleiter bzw. dessen Lichtaustrittsfläche kann nahezu beliebig gebogen oder gewölbt sein. Als beschränkender Faktor muss lediglich in Betracht gezogen werden, dass das in den stabförmigen Lichtleiter eingekoppelte Licht entlang der Längserstreckung des Lichtleiters mittels Totalreflexion propagiert werden muss, was bspw. bei zu starken Knicken nicht mehr gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsfläche des stabförmigen Lichtleiters zumindest abschnittsweise in einer senkrecht zu den Haupt-Lichtaustrittsrichtungen des Lichtleiters verlaufenden Ebene gekrümmt ist. Dabei verlaufen die Haupt-Lichtaustrittsrichtungen des stabförmigen Lichtleiters im Wesentlichen parallel zueinander. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsfläche des stabförmigen Lichtleiters zumindest abschnittsweise in einer die Haupt-Lichtaustrittsrichtungen des Lichtleiters umfassenden Ebene gekrümmt ist, so dass die Haupt-Lichtaustrittsrichtungen des Lichtleiters divergieren. Damit ist es möglich, dass die Lichtaustrittsfläche einer Form eines Gehäuses bzw. einer Abdeckscheibe der Beleuchtungseinrichtung folgen kann.
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Erfindungsgemäß ist der mindestens eine stabförmige Lichtleiter und die mindestens eine Blockoptik zur Erzeugung von unterschiedlichen Lichtfunktionen ausgebildet. Das bedeutet, dass die aus der Kombination aus mindestens einer Blockoptik und mindestens einem stabförmigen Lichtleiter gebildete Lichtleiteranordnung in der Lage ist, in unterschiedlichen Bereichen der Lichtleiteranordnung bzw. ihrer Lichtaustrittsfläche unterschiedliche Licht- bzw. Leuchtenfunktionen zu erzeugen. So kann z.B. in einer Heckleuchte durch eine erste Blockoptik ein Rückfahrlicht, durch eine daran anschließende zweite Blockoptik ein Bremslicht und durch einen wiederum daran anschließenden stabförmigen Lichtleiter ein Rücklicht erzeugt werden.
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Möglich ist auch, dass z.B. eine einzige Blockoptik ein lichtstarkes Bremslicht erzeugt. Durch Dimmen der der Blockoptik zugeordneten Lichtquelle(n) kann die gleiche Blockoptik dann in einem anderen Betriebsmodus ein Rücklicht mit gegenüber dem Bremslicht verringerter Intensität erzeugen. Das bedeutet, dass durch das Betätigen eines Bremspedals im Kraftfahrzeug ein ungedimmtes Bremslicht erzeugt wird; beim Loslassen des Bremspedals wird bei eingeschaltetem Rücklicht lediglich die Lichtquelle gedimmt. Das führt zu einer kompakten multifunktionalen Beleuchtungseinrichtung.
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Vorteilhafterweise ist dem mindestens einen stabförmigen Lichtleiter mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht zugeordnet, das in den mindestens einen Lichtleiter einkoppelt. Auch die Lichtquelle des stabförmigen Lichtleiters ist vorzugsweise als eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere als mindestens eine Leuchtdiode (LED) ausgebildet. Somit verfügen die mindestens eine Blockoptik und der mindestens eine stabförmige Lichtleiter über separate Lichtquellen, so dass sie unabhängig voneinander Licht aussenden und die ihnen zugedachten Licht- bzw. Leuchtenfunktionen erzeugen können. Unabhängig bezieht sich dabei sowohl auf die Aktivierung/ Deaktivierung der Lichtquellen als auch auf die von den Lichtquellen ausgesandte Farbe des Lichts.
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Erfindungsgemäß senden die Blockoptik und der stabförmige Lichtleiter Licht in unterschiedlichen Farben aus. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass bei einer Sicht entgegen der Haupt-Lichtaustrittsrichtungen der Beleuchtungseinrichtung ein Hintergrund der Beleuchtungseinrichtung verspiegelt, bedampft oder gemustert ausgebildet ist. Die Muster können z.B. Zierlinien umfassen. Dadurch kann das Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere bei ausgeschalteten Lichtquellen, für einen Betrachter verändert werden. Es ist insbesondere eine Verdunkelung, eine Mattierung, eine Verspiegelung oder eine beliebige Musterung des Hintergrunds denkbar. Die Licht- bzw. Leuchtenfunktionen der Beleuchtungseinrichtung werden dadurch nicht beeinträchtigt, da diese durch die Lichtleiteranordnung (Blockoptik und stabförmiger Lichtleiter) erzeugt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiteranordnung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Betriebsmodus;
- 2 die Lichtleiteranordnung aus 1 in einem weiteren Betriebsmodus;
- 3 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiteranordnung in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Betriebsmodus;
- 4 eine Variante der Lichtleiteranordnung aus 3;
- 5 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiteranordnung in einer dritten bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Betriebsmodus;
- 6 ein Teil einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit zwei L-förmig ausgebildeten Lichtleiteranordnungen;
- 7 bis 10 mehrere mögliche geometrische Anordnungen von Lichtleiteranordnungen in einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung; und
- 11 und 12 Einkoppelstellen für die Anwendung in den Blockoptiken 12, 12', 12''.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 50 ist oben in einer Draufsicht und darunter in einer Ansicht von vorne, d.h. entgegen einer Lichtaustrittsrichtung 14, dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung 50 kann als eine Front- oder Heckleuchte oder als ein Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. In dem Beispiel aus 1 ist die Beleuchtungseinrichtung 50 als eine Heckleuchte ausgebildet. Sie umfasst ein Gehäuse 52, vorzugsweise aus einem lichtundurchlässigen Material, insbesondere Kunststoff. In Lichtaustrittsrichtung 14 weist das Gehäuse 52 eine durch eine Abdeckscheibe 54 verschlossene Lichtaustrittsöffnung auf. Die Abdeckscheibe 54 besteht vorzugsweise aus einem transparenten Material, insbesondere Glas oder Kunststoff. Die Scheibe 54 ist vorzugsweise in die Lichtaustrittsöffnung auf das Gehäuse 52 geklebt. Die Abdeckscheibe 54 kann zumindest bereichsweise optisch wirksame Streuelemente (z.B. Zylinderlinsen oder Prismen) aufweisen, um das hindurchtretende Licht zumindest in horizontaler Richtung zu streuen (sog. Streuscheibe 54). Alternativ kann die Abdeckscheibe 54 auch ohne optisch wirksame Streuelemente ausgebildet sein (sog. klare Scheibe 54) .
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Im Inneren des Gehäuses 52 ist eine Lichtleiteranordnung 10 angeordnet. Diese kann alleine oder zusammen mit einem oder mehreren anderen Lichtmodulen (nicht dargestellt), die zur Erzeugung einer beliebigen Leuchtenfunktion (z.B. Blinklicht, Positionslicht, Standlicht, Parklicht, Begrenzungslicht, Tagfahrlicht, Rückfahrlicht, Rücklicht, etc.) vorgesehen sind, in dem Gehäuse 52 angeordnet sein. Wenn die Beleuchtungseinrichtung 50 als ein Scheinwerfer ausgebildet ist, kann die Lichtleiteranordnung 10 auch zusammen mit einem oder mehreren Scheinwerfermodulen (nicht dargestellt), die zur Erzeugung einer beliebigen Fahrlichtfunktion (z.B. Abblendlicht, Fernlicht, Teilfernlicht, Markerlicht, Nebellicht, Kurvenlicht, adaptives Fahrlicht, etc.) ausgebildet sind, und/oder mit einem oder mehreren anderen Lichtmodulen (nicht dargestellt), die zur Erzeugung einer beliebigen Leuchtenfunktion vorgesehen sind, in dem Gehäuse 52 angeordnet sein.
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In 1 ist eine Lichtleiteranordnung 10 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Sie umfasst drei Blockoptiken 12, 12', 12'', die unmittelbar nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Alle drei Blockoptiken 12, 12', 12'' sind identisch ausgebildet. Die Anzahl der Blockoptiken 12, 12', 12'' kann von drei abweichen, mindestens eine der Blockoptiken 12, 12', 12'' könnte auch unterschiedlich zu den anderen ausgebildet sein.
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Die gezeigten Blockoptiken 12, 12', 12'' sind jeweils als ein plattenförmiger Lichtleiter ausgebildet. Jeder der plattenförmigen Lichtleiter weist zwei, in einem Abstand zueinander, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Grenzflächen 17 auf, die eine Oberseite und eine Unterseite der Blockoptik 12; 12'; 12'' bilden. An diesen Grenzflächen 17 wird in die Blockoptik 12; 12'; 12'' eingekoppeltes Licht mittels Totalreflexion reflektiert. In mindestens einer der Grenzflächen 17 ist eine Vertiefung ausgebildet, in der mindestens eine Lichtquelle 18; 18'; 18'' angeordnet ist. Die Lichtquelle 18 umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (LEDs). Zumindest ein Teil einer Wandung der Vertiefung bildet eine Lichteintrittsfläche 20; 20'; 20'' für das von der mindestens einen Lichtquelle 18; 18'; 18'' ausgesandte Licht. Jeder der plattenförmigen Lichtleiter 12; 12'; 12'' weist außerdem eine totalreflektierende Lichtauskoppelfläche 16; 16'; 16'' auf, die sich zumindest über einen Teil eines zwischen den Grenzflächen 17 ausgebildeten Zwischenbereichs erstreckt und so mindestens eine seitliche Fläche der Blockoptik 12; 12'; 12'' bildet. Die Lichtauskoppelfläche 16; 16'; 16" kann in einer Draufsicht parabelförmig oder kreisabschnitts- oder ellipsenabschnittsförmig oder in einer beliebigen Freiform ausgebildet sein. Die Lichtquelle(n) 18; 18'; 18" sind vorzugsweise in einem Brennpunkt (oder Mittelpunkt) der Lichtauskoppelfläche 16; 16'; 16" angeordnet. Schließlich weist der plattenförmige Lichtleiter 12; 12'; 12'' auch eine Lichtaustrittsfläche 19; 19'; 19'' auf, die sich zumindest über einen anderen Teil des Zwischenbereichs erstreckt und so mindestens eine andere seitliche Fläche der Blockoptik 12; 12'; 12'' bildet. Die Lichtaustrittsfläche 19; 19'; 19'' ist gegenüber mindestens einem Teil der Auskoppelfläche 16; 16'; 16" angeordnet.
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Die verschiedenen Blockoptiken 12; 12'; 12'' sind in 1 durch gestrichelte Linien voneinander getrennt dargestellt. Die Blockoptiken 12; 12'; 12'' können als separate, voneinander getrennt gefertigte Bauteile, insbesondere als transparente Körper aus Glas oder Kunststoff, gefertigt sein. Alternativ können die Blockoptiken 12, 12', 12'' aus einem gemeinsamen Bauteil, insbesondere einem transparenten Körper aus Glas oder Kunststoff, gefertigt sein. Die Lichtauskoppelfläche 16; 16'; 16" kann eine ebene Form aufweisen. Alternativ kann die Lichtauskoppelfläche 16; 16'; 16'' in einem vertikalen Längsschnitt durch die Blockoptik 12; 12'; 12'' auch eine dreieckige oder eine konvex gewölbte Form aufweisen.
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Das in die Blockoptik 12; 12'; 12'' eingekoppelte Licht wird durch Totalreflexion an Grenzflächen 17 und Seitenflächen in den Zwischenbereichen zwischen den Grenzflächen 17 totalreflektiert und anschließend über die Lichtauskoppelflächen 16, 16', 16'' der Blockoptik 12; 12'; 12'' in Richtung der Lichtsaustrittsfläche 19; 19'; 19'' gesandt. In 1 ist beispielhaft die Lichtquelle 18' der mittleren Blockoptik 12' in Betrieb. Der entsprechende Lichtstrahlenverlauf 21 ist eingezeichnet.
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In 1 sind die Lichtquellen 12 und 12' zum Aussenden von gelbem Licht ausgebildet, die Blockoptik 12'' zum Aussenden von rotem Licht. Die dadurch unterschiedlich strahlenden Farben an der Lichtaustrittsfläche 22 sind in der unteren Darstellung der 1 dargestellt, wobei dort die Lichtaustrittsflächen 19, 19', 19'' bei einer Sicht entgegen der Lichtaustrittsrichtung 14 dargestellt sind.
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Die Blockoptiken 12, 12', 12'' sind insbesondere zur effizienten Einkopplung von Licht und zur Erzeugung einer großen, besonders homogen ausgeleuchteten Lichtaustrittsfläche 19, 19', 19'' ausgebildet. Es kann jedoch Situationen geben, in denen die Blockoptiken 12, 12', 12'' keine Fläche zufriedenstellend homogen ausleuchten können. So wird bspw. bei einer gewölbten oder gebogenen Blockoptik 12, 12', 12'' mit einer ringförmigen oder ringsegmentförmigen Lichtaustrittsfläche 19; 19'; 19'' das eingekoppelte Licht im Bereich der äußeren Grenzfläche gesammelt, so dass es bei einer Ansicht von vorne (vgl. 1 unten) zu einer inhomogen ausgeleuchteten Austrittsfläche 19, 19', 19'' und insbesondere einem besonders hell strahlenden äußeren Randbereich kommt. Zudem sind die möglichen Radien einer gebogenen oder gewölbten Blockoptik 12; 12'; 12'' stark nach unten begrenzt, da bei einer zu starken Wölbung (kleine Radien) ein Propagieren des eingekoppelten Lichts nicht sichergestellt werden kann. Stattdessen würde das Licht aus der stark gewölbten Blockoptik 12; 12'; 12'' ausgekoppelt werden.
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Die 11 und 12 zeigen mögliche Einkoppelstellen für die Anwendung in den Blockoptiken 12, 12', 12''. Bei der in 11 gezeigten Einkoppelstelle ist oberhalb einer LED 60 eine Umlenkoptik 61 in den Blocklichtleiter 12, 12', 12'' integriert, an der das in der Zeichnung nach oben abgestrahlte Licht 62 in die Ebene des Lichtleiters 12, 12', 12'' umgelenkt wird (Lichtstrahlen 63). Die Umlenkoptik 61 entsteht vorzugsweise durch Rotation des Abschnitts eines Parabelasts oder einer leicht davon abweichenden Kurve, der aus einer Parabel entsteht, deren Brennpunkt in der Mittel der Lichtquelle 60 liegt. Die Rotation erfolgt um die Hauptabstrahlrichtung 64 der LED 60. Um die Kontur des Blocklichtleiters 12, 12', 12'' flexibler gestalten zu können, ist eine Einkoppelstelle erforderlich, die einen gewissen Abstand zwischen einer ebenen Platine 65, auf der die LED 60 befestigt ist, und dem Lichtleiter 12, 12', 12'' zulässt. Das Licht der LED 60 wird vorzugsweise mit einer katadioptrischen (TIR) Vorsatzoptik 66 (vgl. 12) gebündelt und bei Bedarf über einen Lichtleitabschnitt 70 in den Blocklichtleiter 12, 12', 12'' eingekoppelt. Dabei kann die Vorsatzoptik 66 auch auf der Platine 65 der LED 60 angeordnet und befestigt sein. Bei Verwendung einer Vorsatzoptik 66 kann das Licht der LED 60 derart gebündelt werden, dass eine Vertiefung 68 im Bereich der Einkoppelstelle zur Umlenkung der Lichtstrahlen 62, 63 als Kegel ausgeführt werden kann. Die Spitze 69 der Einkoppelstelle befindet sich bevorzugt in einer Tiefe T, die höchstens dem halben Abstand A der gegenüberliegenden Lichtleitflächen der Blockoptik 12, 12', 12'' entspricht.
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Um eine Lichtleiteranordnung 10 realisieren zu können, bei der nicht nur besonders homogen ausgeleuchtete Lichtaustrittsflächen 19, 19', 19'' mittels Blockoptiken 12, 12', 12'' hocheffizient erzeugt werden können, sondern bei der auch eine besonders hohe Flexibilität hinsichtlich der Form und des Verlaufs der gesamten ausgeleuchteten Fläche 20 der Lichtleiteranordnung 10 und eine hohe Effizienz selbst bei stark gewölbten oder gekrümmten Flächen 20 sicherstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass seitlich der rechten Blockoptik 12'' ein stabförmiger Lichtleiter 24 angeordnet ist.
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Der stabförmige Lichtleiter 24 weist - in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 - auf einer Stirnfläche an einem von der Blockoptik 12' abgewandten Ende des Lichtleiters 24 eine Lichteintrittsfläche 26 auf. Erfindungsgemäß sind die Blockoptiken 12, 12', 12'' bzw. zumindest die dem Lichtleiter 24 zugewandte Blockoptik 12'' einerseits und der Lichtleiter 24 andererseits als ein gemeinsames Bauteil integral ausgebildet. Ein dem Lichtleiter 24 zugeordnete Lichtquelle 28 ist vor der Lichteintrittsfläche 26 angeordnet. Die Lichtquelle 24 ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs). Das in den Lichtleiter 24 eingekoppelte Licht wird an Grenzflächen des Lichtleiters 24 mittels Totalreflexion propagiert. Ein entsprechender Strahlengang 32 des von der Lichtquelle 28 ausgesandten Lichts ist in 2 beispielhaft dargestellt. Der Lichtleiter 24 weist über seine gesamte Längserstreckung oder über Teile davon Lichtauskoppelelemente 30 auf. Die Lichtauskoppelelemente 30 lenken das in den stabförmigen Lichtleiter 24 eingekoppelte Licht in Richtung einer Lichtaustrittsfläche 23 des stabförmigen Lichtleiters 24 des stabförmigen Lichtleiters 24 um. Die Lichtaustrittsflächen 19, 19', 19'' der Blockoptiken 12, 12', 12'' und die Lichtaustrittsfläche 23 des stabförmigen Lichtleiters 24 bilden zusammen eine gemeinsame Austrittsfläche 22 der gesamten Lichtleiteranordnung 10.
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Das ausgesandte Licht des Lichtleiters 24 kann zur Erzeugung einer Leuchtenfunktion, bspw. eines Rücklichts, dienen. Dazu sendet die Lichtquelle 28 vorzugsweise rotes Licht aus. Der stabförmige Lichtleiter 24 kann als ein integrales Bauteil zusammen mit den Blockoptiken 12, 12', 12'', zumindest mit der Blockoptik 12'' auf der Seite des Lichtleiters 24, ausgebildet sein. Alternativ kann der Lichtleiter 24 als ein separates Bauteil getrennt von den Blockoptiken 12, 12', 12'' ausgebildet sein. Wie in 2 durch einen gestrichelten Lichtstrahl 34 angedeutet, ist es bei einer nicht erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, bzw. Lichtleiteranordnung möglich, dass in den Lichtleiter 24 eingekoppeltes Licht durch den gesamten Lichtleiter 24 propagiert wird und anschließend in die Blockoptiken 12, 12', 12'' einkoppelt. In 2 ist beispielhaft dargestellt, dass der Lichtstrahl 34 in der mittleren Blockoptik 12' auf die Lichtauskoppelfläche 16' trifft und nach vorne auf die Lichtaustrittsfläche 19' umgelenkt und über diese ausgekoppelt wird. Natürlich können auch die anderen Blockoptiken 12 und 12'' von dem gleichen Effekt betroffen sein. Dieser Effekt kann die Lichtstärke der entsprechenden Blockoptik 12, 12', 12'' entsprechend erhöhen.
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Andererseits muss dabei beachtet werden, dass die betroffene Blockoptik (hier 12') und der Lichtleiter 24 Licht in unterschiedlichen Farben aussenden können. Zur optischen Entkopplung des Blocklichtleiters 12 vom Stablichtleiter 24 ist erfindungsgemäß im Übergangsbereich ein Einschnitt (nicht dargestellt; z.B. eine Nut oder eine Kerbe) in die Lichtleiteranordnung 10 derart eingebracht, dass das Licht aus dem Stablichtleiter 24 an der Endfläche des Stablichtleiters 24 in Fahrtrichtung unter interner Totalreflexion abgestrahlt wird. Der Einschnitt wird bevorzugt auf der der Fahrtrichtung abgewandten Seite der Lichtleiteranordnung 10 eingebracht. Dadurch ist der Einschnitt bei eingebautem Scheinwerfer 50 bzw. Lichtleiteranordnung 10 kaum von außerhalb des Kraftfahrzeugs sichtbar, und das Übersprechen der Lichtfunktionen aus dem einen Lichtleiter 12; 24 in den jeweils anderen Lichtleiter 24; 12 wird effektiv unterdrückt.
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Je nach dem, was für eine Lichtfunktion für die entsprechende Blockoptik 12, 12', 12'' bzw. für den Lichtleiter 24 vorgesehen ist, kann die Leuchtfarbe der jeweiligen Lichtquelle 18, 18', 18'' und 28 gemäß der gesetzlichen Vorgaben festgelegt werden. So ist z.B. zur Erzeugung eines Bremslichts oder eines Rücklichts eine rote Farbe vorgeschrieben. Ein Blinklicht bspw. muss eine gelb/orange Farbe aufweisen, ein Positionslicht an der Fahrzeugvorderseite, ein Tagfahrlicht und ein Rückfahrlicht muss durch weißes Licht realisiert werden.
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Da durch die Blockoptiken 12, 12', 12'' eher lichtstarke Lichtfunktionen realisiert werden können, eignen sich Blockoptiken besonders zur Realisierung eines Blinklichts oder eines Bremslichts, wo gemäß der gesetzlichen Vorgaben eine relativ hohe Beleuchtungsstärke gefordert ist. Das von dem stabförmigen Lichtleiter 24 ausgesandte Licht wird vorzugsweise zur Erzeugung einer weniger intensiven Lichtfunktion, insbesondere eines Positions-, Begrenzungs- oder Standlichts, genutzt.
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Es ist auch möglich, dass mehrere, bevorzugt nebeneinander angeordnete Blockoptiken, z.B. die Blockoptiken 12 und 12', Licht zur Realisierung einer gemeinsamen Lichtfunktion aussenden. Es ist sogar denkbar, dass alle Blockoptiken 12, 12', 12'' und der stabförmige Lichtleiter 24 zur Realisierung der gleichen Lichtfunktion, im Falle einer als Scheinwerfer ausgebildeten Beleuchtungseinrichtung 50 bspw. eines Tagfahrlichts, genutzt werden.
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In den 1 und 2 ist entgegen der Lichtaustrittsrichtung 14 hinter der Lichtleiteranordnung 10 eine Hintergrundfläche 38 angeordnet. Diese kann integraler Bestandteil einer Rückwand des Gehäuses 52 sein oder alternativ als ein separater Abdeckrahmen an der Innenseite der Gehäuserückwand angebracht sein. Die Hintergrundfläche 38 kann z.B. verspiegelt, mattiert oder gemustert ausgebildet sein. Die Muster können z.B. Zierlinien, Embleme (z.B. „VW“) oder Namen (z.B. „Volkswagen“) des Fahrzeugherstellers oder Modellnamen (z.B. „Golf“) oder andere Bezeichnungen des Kraftfahrzeugs (z.B. „GTI“) umfassen. Dadurch kann das Erscheinungsbild der Lichtleiteranordnung 10 und der gesamten Beleuchtungseinrichtung 50 für einen Betrachter, insbesondere bei ausgeschalter Beleuchtungseinrichtung 50, verbessert werden.
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3 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 50 mit einer Lichtleiteranordnung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. In 3 ist der stabförmige Lichtleiter 24 derart ausgebildet, dass die Lichtaustrittsfläche 23 des Lichtleiters 24 in einer senkrecht zur Haupt-Lichtaustrittsrichtung 14 verlaufenden Ebene gekrümmt ist. So kann die Lichtaustrittsfläche 22 der gesamten Lichtleiteranordnung 10 bei einer Sicht von vorne entgegen der Lichtaustrittsrichtung 14 (siehe untere Darstellung in 3) aus einem horizontalen Verlauf der Lichtaustrittsflächen 19, 19', 19'' der Blockoptiken 12, 12', 12'' durch die Krümmung des Lichtleiters 24 bzw. dessen Lichtaustrittsfläche 23 in einen schrägen oder vertikalen Verlauf übergehen. Die Krümmung des Lichtleiters 24 kann bspw. ein Lichtmodul der Beleuchtungseinrichtung 50, z.B. eine Projektionslinse eines Projektionsmoduls, zumindest teilweise umrahmen. Dazu kann der Lichtleiter 24 auch eine Krümmung um mehr als die in 3 unten dargestellten 90° aufweisen. Bspw. kann der Lichtleiter 24 bspw. eine Krümmung um die in 4 dargestellten 120° oder sogar noch mehr aufweisen. Ferner ist es denkbar, dass sich an das von den Blockoptiken 12, 12', 12'' abgewandten distalen Ende des Lichtleiters 24 weitere Blockoptiken (nicht dargestellt) anschließen.
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Auch in der zweiten Ausführungsform kann es zu Einkopplungen des Lichts des Lichtleiters 24 in mindestens einer der Blockoptiken 12, 12', 12'' kommen (vgl. die in 3 eingezeichneten Lichtstrahlen 34). Das oben Gesagte gilt in entsprechender Weise auch hier.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung 50 mit einer Lichtleiteranordnung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. In 5 ist der stabförmige Lichtleiter 24 derart ausgebildet, dass der Lichtleiter 24 entgegen der Lichtaustrittsrichtung 14, also in einer die Haupt-Lichtaustrittsrichtung 14 umfassenden Ebene, nach hinten entgegen der Lichtaustrittsrichtung 14 gekrümmt ist. Der Lichtaustritt ist dabei identisch zum dargestellten Lichtaustritt in 1 oder 2. Auch in dieser dritten Ausführungsform kann es zu Einkopplungen des Lichts des Lichtleiters 24 in mindestens einer der Blockoptiken 12, 12', 12'' und umgekehrt kommen. Die dargestellten Krümmungen in den 3 oder 4 und 5 können auch miteinander kombiniert werden, so dass sich bei einem Blick von vorne in die Beleuchtungseinrichtung 50 durch die Abdeckscheibe 54 hindurch eine Lichtleiteranordnung 10 sichtbar ist, deren stabförmiger Lichtleiter 24 sowohl nach oben oder unten (also in vertikaler Richtung) als auch nach hinten oder vorne (also in horizontaler Richtung) gebogen oder gekrümmt ist.
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6 zeigt zwei Lichtleiteranordnungen 10, 10', die gemeinsam in einem Gehäuse 52 einer Beleuchtungseinrichtung 50 (nicht dargestellt) angeordnet sein können. Die dargestellten Lichtleiteranordnungen 10, 10' sind jeweils L-förmig ausgebildet. Dabei werden die horizontal angeordneten Bereiche der Lichtleiteranordnungen 10, 10' jeweils durch einen stabförmigen Lichtleiter 24 realisiert. Die vertikal angeordneten Bereiche der Leiteranordnungen 10, 10' werden durch eine bzw. zwei Blockoptiken 12 bzw. 12' gebildet. Jede der beiden Lichtleiteranordnungen 10, 10' kann mehrere unterschiedliche Lichtfunktionen erzeugen, wobei die unterschiedlichen Lichtfunktionen einzelnen Blockoptiken 12, 12' bzw. dem Lichtleiter 24 zugeordnet sein können. Es können aber auch in beiden Lichtleiteranordnungen 10, 10' die gleichen Lichtfunktionen erzeugt werden.
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In 6 sind auch mögliche Anordnungen von Leiterplatten 44, 46 zur elektrischen Versorgung der Lichtquellen 18, 18' und 28 beispielhaft dargestellt. Sinnvollerweise sind die Leiterplatten 44, 46 im Bereich der Lichtquellen 18, 18' und 28 angeordnet. Die Leiterplatten 44 können als eine gemeinsame Leiterplatte für beide Lichtquellen 28 beider Lichtleiter 24 ausgebildet sein. Bei den Blockoptiken 12, 12' bietet sich für die jeweilige Leiterplatte 46 eine Anordnung parallel zu einer der Grenzflächen der Blockoptik 12, 12' an, da das Licht in diesem Bereich nicht austritt, sondern dort totalreflektiert wird. Die Blockoptik 12, 12' selbst benötigt durch eine solche Anordnung der Leiterplatte 46 nur unwesentlich mehr Platz.
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In 6 ist die Anordnung und Ausgestaltung der beiden Lichtleiteranordnungen 10, 10' beispielhaft dargestellt. Die 7 bis 10 zeigen weitere mögliche, beispielhafte Anordnungen von Lichtleiteranordnungen 10, 10'. Wie ersichtlich ist, sind für vertikal angeordneten Teile der Lichtleiteranordnungen 10, 10' jeweils Blockoptiken 12 vorgesehen, wobei auch jeweils mehrere Blockoptiken aneinander angrenzend verwendet werden können, um die dargestellten Blockoptiken 12 bzw. deren Lichtaustrittsflächen 19 zu realisieren. Für horizontal angeordnete Teile der Lichtleiteranordnungen 10, 10' sind vorzugsweise stabförmige Lichtleiter 24 vorgesehen, wobei auch hier mehrere Lichtleiter 24 angrenzend aneinander angeordnet sein können. Selbstverständlich können Blockoptiken 12 auch horizontal und Lichtleiter 24 vertikal angeordnet sein. Jede einzelne Optik (Blockoptik 12 oder Lichtleiter 24) kann eine eigene Lichtfunktion realisieren, wobei sich die einzelnen Optiken z.B. in der Beleuchtungsstärke, der Leuchtfarbe und der Größe der Lichtaustrittsflächen 19, 23 unterscheiden können. Auch die Anzahl der ihnen jeweils zugeordneten Lichtquellen 18, 28 kann unterschiedlich sein.
