DE102015221131A1

DE102015221131A1 - Vorsatzoptik zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs und Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Vorsatzoptik

Info

Publication number: DE102015221131A1
Application number: DE102015221131.2A
Authority: DE
Inventors: Hubert Zwick
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur Bündelung des von einem Flächenstrahler (15) der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts. Die Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) weist mindestens ein Lichtleitelement (1) aus einem transparenten massiven Material auf, das eine dem Flächenstrahler (15) zugewandte Eintrittsfläche (2) zum Einkoppeln von zumindest einem Teil des von dem Flächenstrahler (15) ausgesandten Lichts und eine der Eintrittsfläche (2) gegenüberliegende Austrittsfläche (4) aufweist. Das mindestens eine Lichtleitelement (1) weist in der Lichtrichtung (3) einen zunehmenden Querschnitt auf. Es wird vorgeschlagen, dass die Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) mindestens drei Lichtleitelemente (1) aufweist. Die Lichteintrittsflächen (2) der Lichtleitelemente (1) sind nebeneinander, unmittelbar aneinander grenzend und senkrecht zu einer imaginären Mittenebene angeordnet. Die Mittenebene verläuft durch die Eintrittsflächen (2). Von benachbarten Lichtleitelementen (1) weisen die Lichtaustrittsflächen (4) einen unterschiedlichen Abstand zu der Mittenebene auf. Die Austrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) mit dem gleichen Abstand zu der Mittenebene sind nebeneinander und unmittelbar aneinander grenzend angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorsatzoptik zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Vorsatzoptik dient zur Bündelung des von einem Flächenstrahler der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts. Sie weist mindestens ein Lichtleitelement aus einem transparenten massiven Material auf, das eine dem Flächenstrahler zugewandte Eintrittsfläche zum Einkoppeln von zumindest einem Teil des von dem Flächenstrahler ausgesandten Lichts und eine der Eintrittsfläche in Lichtrichtung durch das Lichtleitelement gegenüberliegende Austrittsfläche auf. Das eingekoppelte Licht wird mittels interner Totalreflexion in Lichtrichtung durch das Lichtleitelement propagiert. Das mindestens eine Lichtleitelement weist einen in der Lichtrichtung zunehmenden Querschnitt auf, so dass das propagierte Licht gebündelt wird. Jede Reflexion an einer der lichtleitenden Flächen des Lichtleitelements führt zu einer Verkleinerung des Öffnungswinkels zwischen dem Lichtstrahl und einer zentralen Führungskurve bzw. der Lichtrichtung, so dass sich eine Verringerung des Öffnungswinkels des Lichtbündels ergibt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, die vorzugsweise als eine Außenleuchte ausgebildet ist, die zur Realisierung einer Lichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist. Eine solche Lichtfunktion ist bspw. ein Blinklicht, ein Positionslicht, ein Tagfahrlicht, ein Rücklicht, ein Bremslicht, ein Rückfahrlicht, etc. Es ist aber auch denkbar, dass die Beleuchtungseinrichtung als eine Innenleuchte eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung weist einen Flächenstrahler und eine Vorsatzoptik zur Bündelung des von dem Flächenstrahler ausgesandten Lichts auf. Ein Flächenstrahler kann bspw. OLEDs, Lightpaper (z.B. von der Fa. Rohinni, Coeur d'Alene, Idaho 83814, USA), eine Elektrolumineszenzfolie, ein LED-Array mit einer Vielzahl von neben- und übereinander angeordneten LEDs, eine fluoreszierende Fläche, die von einem Laserstrahl angestrahlt und zum Leuchten gebracht wird, oder ähnliches umfassen. Ein Flächenstrahler hat eine leuchtende Fläche, die vorzugsweise eine Abmessung in eine Richtung von ≥ 2mm aufweist, und strahlt von jedem Punkt der Fläche Licht nach einer bestimmten, bspw. einer Lambert'sche Abstrahlcharakteristik ab. Dadurch ist der Flächenstrahler gegenüber (näherungsweise) punktförmigen Lichtquellen abgegrenzt, wie bspw. eine einzelne LED, eine Glühlampe bzw. deren Wendel, etc. Die Vorsatzoptik entspricht der eingangs beschriebenen Art.
Eine Vorsatzoptik und eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art sind bspw. aus der DE 102 31 324 A1 bekannt. Dabei wird in einem Ausführungsbeispiel Licht eines Flächenstrahlers in mehrere zueinander beabstandete Lichtleitelemente eingekoppelt, die auf ihren Lichtaustrittsseiten über eine gemeinsame Lichtscheibe miteinander in Verbindung stehen. Das von dem Flächenstrahler ausgesandte Licht wird über Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente in diese eingekoppelt, an den seitlichen Flächen des Lichtleitelements totalreflektiert und aufgrund des in Lichtrichtung zunehmenden Querschnitts der Lichtleitelemente während des Hindurchwanderns durch die Lichtleitelemente gebündelt und schließlich über die Lichtscheibe, welche die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik bildet, ausgekoppelt. Nachteilig bei der bekannten Vorsatzoptik bzw. der Beleuchtungseinrichtung ist die geringe Effizienz. Nur ein geringer Teil des von dem Flächenstrahler ausgesandten Lichts gelangt in die Vorsatzoptik und wird schließlich zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung aus dieser wieder ausgekoppelt. Außerdem erscheint die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik sehr inhomogen. Ferner bietet die bekannte Vorsatzoptik einem Designer von Leuchten kaum Gestaltungsspielraum.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorsatzoptik dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass sie bei Verwendung eines Flächenstrahlers als Lichtquelle, insbesondere einer Lichtquelle mit einer langen, schmalen leuchtenden Fläche, besonders effizient ist. Zudem sollen sich ein homogenes Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung und größere Designfreiheiten bei der Gestaltung der Beleuchtungseinrichtung ergeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Vorsatzoptik der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Vorsatzoptik mindestens drei Lichtleitelemente aufweist, wobei die Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente nebeneinander, unmittelbar aneinander grenzend und senkrecht zu einer imaginären Mittenebene angeordnet sind, und wobei die Mittenebene durch die Eintrittsflächen verläuft, und dass die Lichtleitelemente derart geformt sind, dass von benachbarten Lichtleitelementen, deren Eintrittsflächen aneinander grenzen, die Lichtaustrittsflächen einen unterschiedlichen Abstand zu der Mittenebene aufweisen, wobei die Austrittsflächen der Lichtleitelemente mit dem gleichen Abstand zu der Mittenebene nebeneinander und unmittelbar aneinander grenzend angeordnet sind.
Die Vorsatzoptik ist aus einer Vielzahl von Lichtleitelementen aufgebaut. Jedes der Lichtleitelemente weist eine relativ kleine Lichteintrittsfläche auf, die dem Flächenstrahler zugewandt ist. In Lichtrichtung gegenüber der Eintrittsfläche hat jedes Lichtleitelement eine Lichtaustrittsfläche, die bei in das Fahrzeug eingebauter Beleuchtungseinrichtung in Fahrtrichtung (bei einer im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs angeordneten Leuchte) bzw. entgegen der Fahrtrichtung (bei einer im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordneten Leuchte) gerichtet ist. Das aus den Austrittsflächen der Vielzahl an Lichtleitelementen der Vorsatzoptik austretende Licht dient zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung einer Leuchtenfunktion. Zwischen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche wird das Licht mittels Totalreflexion in Lichtrichtung weitergeleitet, wobei jede Reflexion an einer der lichtleitenden Flächen des Lichtleitelements zu einer Verkleinerung des Winkels zwischen dem Strahl und einer "zentralen Führungskurve" (entsprechend der Lichtrichtung) des Lichtleitelements führt. Dadurch ergibt sich eine Verringerung des Öffnungswinkels des Lichtbündels. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein großer Anteil des von der flächigen Lichtquelle in den 180°-Halbraum abgestrahlten Lichts in eines der Lichtleitelemente eingespeist wird. Da die Lichteintrittsflächen unmittelbar aneinander grenzend ausgebildet sind, tritt ein sehr großer Anteil des ausgesandten Lichts in die Lichtleitelemente ein.
Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik weist mehrere Lichtleitelemente auf, die in besonderer Weise ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind benachbarte Lichtleitelemente der Vorsatzoptik derart nebeneinander angeordnet, dass sich die Lichteintrittsflächen berühren. Die Lichtaustrittsflächen, die den gleichen Abstand zu der Mittenebene aufweisen, berühren sich ebenfalls. Zusätzlich können sich auch noch einige Millimeter lange Bereiche, die sich unmittelbar an die Austrittsflächen anschließen, berühren. Da die Eintrittsflächen der Lichtleitelemente kleiner als die Austrittsflächen sind, ergibt sich zwischen zwei Lichtleitelementen, deren Lichtaustrittsflächen seitlich unmittelbar aneinander grenzen, ein Zwischenraum, der mit der Lichteintrittsfläche mindestens eines weiteren Lichtleitelements geschlossen werden kann. Dieses weitere Lichtleitelement entspricht von der Form her den Lichtleitelementen, deren Lichtaustrittsflächen seitlich unmittelbar aneinander grenzen, wobei man das weitere Lichtleitelement vorzugsweise durch Rotation eines der Lichtleitelemente, deren Lichtaustrittsflächen seitlich unmittelbar aneinander grenzen, um eine senkrecht zur Eintrittsfläche verlaufende Achse um 180° und durch ein seitliches Verschieben des rotierten Lichtleitelements parallel zur Mittenebene erhält. Sowohl nebeneinander angeordnete Eintrittsflächen der Lichtleitelemente als auch nebeneinander angeordnete Austrittsflächen der Lichtleitelemente grenzen vorzugsweise seitlich unmittelbar aneinander.
Die Lichtquellen bzw. der Flächenstrahler sind/ist vorzugsweise so dicht wie möglich vor den Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente angeordnet. Der minimale Abstand zwischen dem Flächenstrahler und den Eintrittsflächen ergibt sich dadurch, dass eine Beschädigung der Eintrittsflächen bzw. der Lichtleitelemente durch die Wärme des Flächenstrahlers verhindert werden muss. Es ist denkbar, dass vor jeder Eintrittsfläche eines der Lichtleitelemente der Vorsatzoptik eine eigene LED eines LED-Arrays angeordnet ist. Es wäre auch denkbar, dass der Flächenstrahler eine oder mehrere OLEDs umfasst, deren leuchtende Fläche in etwa der Form und Erstreckung der Summe aller Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente der Vorsatzoptik entspricht.
Die Austrittsflächen der Lichtleitelemente können unterschiedliche Abstände zu der Mittenebene der Vorsatzoptik aufweisen. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Lichtleitelemente in mehrere Gruppen unterteilt sind, wobei die Lichtleitelemente einer Gruppe jeweils eine Lichtaustrittsfläche in dem gleichen Abstand zu der Mittenebene wie die anderen Lichtleitelemente dieser Gruppe haben. Die Lichtleitelemente einer Gruppe haben vorzugsweise Austrittsflächen in einem anderen Abstand zu der Mittenebene wie die Lichtleitelemente einer anderen Gruppe. Es ist denkbar, dass die Vorsatzoptik in zwei, drei oder noch mehr Gruppen von Lichtleitelementen unterteilt ist. Es ist denkbar, dass die Lichtaustrittsflächen der verschiedenen Gruppen oben und/oder unten unmittelbar aneinander grenzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtleitelemente in zwei Gruppen unterteilt sind, wobei jeweils benachbarte Lichtleitelemente, deren Eintrittsflächen aneinander grenzen, zu unterschiedlichen Gruppen gehören, und wobei die Lichtaustrittsflächen der ersten Gruppe von Lichtleitelementen in einem Abstand auf einer ersten Seite der Mittenebene und die Lichtaustrittsflächen der zweiten Gruppe von Lichtleitelementen in einem Abstand auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenebene angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Vorsatzoptik geschaffen werden, die eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Lichtleitelementen aufweist, wobei sich die Lichtleitelemente der ersten Gruppe mit denen der zweiten Gruppe abwechseln. Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente in Richtung der Erstreckung der Mittenebene eine doppelt so große Abmessung aufweisen wie die Lichteintrittsflächen. Somit ergibt sich eine Vorsatzoptik, die zwei in Richtung der Erstreckung der Mittenebene langgestreckte, in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Lichtleitelemente verlaufende Gesamt-Austrittsflächen aufweist, die einerseits durch die Einzel-Lichtaustrittsflächen der ersten Gruppe von Lichtleitelementen und andererseits durch die Einzel-Austrittsflächen der zweiten Gruppe von Lichtleitelementen gebildet werden, wobei die Austrittsflächen einer jeden Gruppe von Lichtleitelementen vorzugsweise seitlich unmittelbar aneinander grenzen. Die zwei Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik können zueinander beabstandet sein, oder aber sie berühren sich oben oder unten, so dass sich eine einzige Gesamt-Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ergibt, die aus den Gesamt-Austrittsflächen der einzelnen Gruppen von Lichtleitelementen zusammengesetzt ist. Die Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik werden besonders homogen ausgeleuchtet und geben einem Designer einen großen Spielraum bei der Gestaltung der Vorsatzoptik bzw. einer damit versehenen Leuchte.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtleitelemente in drei Gruppen unterteilt sind, wobei jeweils drei nebeneinander angeordnete Lichtleitelemente, deren Eintrittsflächen aneinander grenzen, zu unterschiedlichen Gruppen gehören, und wobei die Lichtaustrittsflächen der ersten Gruppe von Lichtleitelementen in einem Abstand auf einer ersten Seite der Mittenebene, die Lichtaustrittsflächen der zweiten Gruppe von Lichtleitelementen in einem Abstand auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenebene und die Lichtaustrittsflächen der dritten Gruppe von Lichtleitelementen in der Mittenebene angeordnet sind, so dass die Mittenebene durch die Austrittsflächen der dritten Gruppe von Lichtleitelementen verläuft. Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente in Richtung der Erstreckung der Mittenebene eine dreimal so große Abmessung aufweisen wie die Lichteintrittsflächen. Somit ergibt sich eine Vorsatzoptik, die drei in Richtung der Erstreckung der Mittenebene langgestreckte, in einer Richtung quer zur Längserstreckung der Lichtleitelemente verlaufende Gesamt-Austrittsflächen aufweist, die durch die Einzel-Lichtaustrittsflächen der ersten Gruppe von Lichtleitelementen, durch die Einzel-Austrittsflächen der zweiten Gruppe von Lichtleitelementen und durch die Einzel-Austrittsflächen der dritten Gruppe von Lichtleitelementen gebildet werden. Die Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik werden besonders homogen ausgeleuchtet und geben einem Designer einen großen Spielraum bei der Gestaltung der Vorsatzoptik bzw. einer damit versehenen Leuchte. Die drei Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik können zueinander beabstandet sein, oder aber sie berühren sich oben und/oder unten, so dass sich eine einzige Gesamt-Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ergibt, die aus den Gesamt-Austrittsflächen der einzelnen Gruppen von Lichtleitelementen zusammengesetzt ist.
Die Lichtleitelemente, deren Lichtaustrittsflächen auf gegenüberliegenden Seiten der Mittenebene angeordnet sind, ergeben sich vorzugsweise durch Spiegelung und Verschieben der Lichtleitelemente um eine parallel zur Erstreckung der Mittenebene verlaufende Achse um 180°. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, dass sich ein Lichtleitelement der zweiten Gruppe von Lichtleitelementen durch Spiegelung eines Lichtleitelements der ersten Gruppe von Lichtleitelementen an der Mittenebene und Verschieben des gespiegelten Lichtleitelements parallel zu der Erstreckung der Mittenebene ergibt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente der Vorsatzoptik alle die gleichen Abmessungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente der Vorsatzoptik alle die gleichen Abmessungen aufweisen. Die Abmessungen der Lichtaustrittsflächen sind größer als die der Lichteintrittsflächen. Selbstverständlich können die Austrittsflächen auch unterschiedliche Formen und/oder Abmessungen aufweisen, bspw. um eine gebogene Gesamt-Lichtaustrittsfläche einer Gruppe von Lichtleitelementen zu realisieren, die einer Kurve folgt und deren Einzel-Lichtaustrittsflächen von nebeneinander angeordneten Lichtleitelementen dennoch seitlich unmittelbar aneinander grenzen. Auch die Querschnittsfläche von Lichtleitelementen der Vorsatzoptik kann unterschiedlich ausgebildet sein. Wichtig ist alleine, dass zwischen der kleinen Eintrittsfläche und der großen Austrittsfläche eine (vorzugsweise streng) monotone Zunahme des Querschnitts stattfindet und die Bedingung für Totalreflexion in dem Lichtleitelement bzw. einem Bündelungsabschnitt mit divergierenden Seitenflächen des Lichtleitelements nicht verletzt wird. Statt einer symmetrischen Querschnittsfläche der Lichtleitelemente ist es denkbar, dass der Querschnitt der Lichtleitelemente unsymmetrisch ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtleitelemente der Vorsatzoptik in einem einzigen Teil gefertigt sind, wobei benachbarte Lichtleitelemente zumindest im Bereich ihrer Eintrittsflächen Verbindungen zueinander aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Lichtleitelemente der gleichen Gruppe, deren Austrittsflächen unmittelbar aneinander grenzen Verbindungen zueinander aufweisen. Eine solche einteilige Vorsatzoptik kann bspw. mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Wo die einzelnen Lichtleitelemente miteinander in Verbindung stehen (im Bereich der Lichteintrittsflächen und/oder der Lichtaustrittsflächen) kann in Abhängigkeit von der Form der einzelnen Lichtleitelemente und zur Optimierung der Herstellung mittels des Spritzgussverfahrens, insbesondere zur Vereinfachung eines Entformens des fertigen Spritzgussteils, von Fall zu Fall variiert werden.
Die Lichtleitelemente können entlang ihrer Längserstreckung bzw. in der Lichtrichtung die Form einer Welle haben, wobei die Lichteintritts- und die Lichtaustrittsflächen jeweils senkrecht zur Mittenebene stehen. Es wäre auch denkbar, die Lichtleitelemente beliebig anders auszuformen, bspw. geradlinig oder aus mehreren geraden Abschnitten zusammengesetzt. An die Lichteintrittsflächen würde sich dann ein Eintrittsbereich anschließen, der oben und unten durch Seitenwände begrenzt ist, die parallel zu der Mittenebene verlaufen, und seitlich durch Seitenwände, die senkrecht zur Mittenebene und parallel zueinander verlaufen. An den Eintrittsbereich schließt sich dann bis zu der Lichtaustrittsfläche ein Bündelungsabschnitt entlang einer geraden Mittellinie (d.h. mit gerader Lichtrichtung) mit den divergierenden Seitenwänden an. Würde man solche geradlinigen Lichtleitelemente jeweils durch eine senkrecht zu der Mittellinie des Lichtleitelements stehende Austrittsfläche begrenzen, würde das Licht unter Brechung symmetrisch um diese Mittellinie verteilt aus dem Lichtleitelement austreten, was die vorangegangene Bündelung des Lichts auf seinem Weg durch das Lichtleitelement bzw. den Bündelungsabschnitt aufgrund der Reflexionen an den in Lichtrichtung divergierenden Seitenflächen des Lichtleitelements zumindest teilweise wieder aufheben würde. Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente jeweils eine Neigung relativ zu einer senkrecht zu einer Mittellinie des Lichtleitelements verlaufenden Ebene aufweisen. Die Austrittsflächen sind also gewissermaßen mit einem Keil belegt, der so steil ist, dass das Licht aus den Lichtleitelementen in Richtungen um die Winkelhalbierende zwischen den Mittellinien der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Lichtleitelementen parallel zum Erdboden austritt. Wenn die Vorsatzoptik bzw. die damit versehene Leuchte also so in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass die Winkelhalbierende zwischen den Mittellinien der beiden Lichtleitelemente parallel zur Fahrbahn verläuft, würde die Hauptabstrahlrichtung der Vorsatzoptik ebenfalls parallel zur Fahrbahn verlaufen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass auf den Lichtaustrittsflächen von zumindest einigen der Lichtleitelemente zumindest bereichsweise Streuelemente angeordnet sind. Dadurch kann das Licht zur Erzielung einer gewünschten Lichtverteilung einer mit der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik ausgestatteten Leuchte bei Austritt aus der Vorsatzoptik in eine oder mehrere gewünschte Richtungen gestreut werden, bspw. um eine gewünschte Lichtverteilung mit einer Streuung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung oder eine verbesserte seitliche Sichtbarkeit der Leuchte zu erreichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass jeweils die in dem gleichen Abstand zu der Mittenebene angeordneten Austrittsflächen der Lichtleitelemente in ein gemeinsames optisch wirksames Element übergehen. Dieses besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem transparenten massiven Material. Das optisch wirksame Element weist eine Austrittsfläche mit einer Wölbung um eine in etwa senkrecht zu der Mittenebene verlaufende (z.B. 87°–93° relativ zur Mittenebene angeordneten) Achse aufweist. Die Austrittsfläche des optisch wirksamen Elements kann eine Neigung relativ zu der senkrecht zu der Mittellinie der Lichtleitelemente verlaufenden imaginären Ebene aufweisen. Mit Hilfe des optisch wirksamen Elements mit seiner gewölbten Austrittsfläche kann eine besonders gute Streuung des austretenden Lichts in Richtung der Längserstreckung der Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik erzielt werden. Bei einer Ausrichtung der Vorsatzoptik in der Leuchte, so dass die Längserstreckung der Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik in horizontaler Richtung verläuft, ergibt sich durch die Wölbung der Austrittsfläche der optisch wirksamen Elemente eine gute horizontale Streuung. Die Wölbung der Austrittsfläche der optisch wirksamen Elemente ist vorzugsweise unsymmetrisch bezüglich einer in etwa senkrecht zu der Mittenebene und parallel zu der Lichtrichtung durch die Lichtleitelemente verlaufenden Ebene.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1a ein einzelnes Lichtleitelement für eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik;
1b zwei Lichtleitelemente für die erfindungsgemäße Vorsatzoptik;
1c eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform mit drei Lichtleitelementen;
2a eine Draufsicht auf die Lichtaustrittflächen der drei Lichtleitelemente aus 1c der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik;
2b eine Draufsicht auf die Lichteintrittsflächen der drei Lichtleitelemente aus 1c der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik;
3a eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Lichtleitelementen;
3b eine Draufsicht auf die Unterseite der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik aus 3a;
3c eine Draufsicht auf die Oberseite der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik aus 3a;
3d eine Draufsicht auf die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik aus 3a;
4 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik aus den 3a bis 3d;
5 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 mit unterschiedlichen Ausgestaltungen der Abstände zwischen den einzelnen Lichtleitelementen;
6 einen horizontalen Schnitt durch eine von einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 abgestrahlten Lichtstärkeverteilung;
7a einen horizontalen Schnitt durch eine Leuchtdichteverteilung auf einer Lichtaustrittsfläche einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4;
7b eine Ansicht auf die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß der 3 und 4 entgegen der Lichtaustrittsrichtung;
8 die Leuchtdichteverteilung auf den Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß 7b aus einer Richtung horizontal +24° und vertikal +24°;
9 eine Seitenansicht auf einen Lichteintrittsbereich der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbespiel der 3 und 4;
10 eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
11 eine perspektivische Ansicht auf die Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Lichtleitelementen;
12a die Leuchtdichteverteilung auf einer Lichtaustrittsfläche der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 und 11 in einer Ansicht entgegen der Lichtaustrittsrichtung;
12b einen horizontalen Schnitt durch die von der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 10 und 11 abgestrahlte Lichtstärkeverteilung;
13 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einem den Austrittsflächen der Lichtleitelemente vorgelagerten optisch wirksamen Element;
14a die Leuchtdichteverteilung auf einer Lichtaustrittsfläche der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 13 in einer Ansicht entgegen der Lichtaustrittsrichtung;
14b einen horizontalen Schnitt durch die von der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik gemäß dem Ausführungsbeispiel der 13 abgestrahlte Lichtstärkeverteilung.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorsatzoptik zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einer Fahrzeugleuchte, vorgeschlagen, die eine verbesserte Effizienz und ein homogeneres Erscheinungsbild aufweist und die größere Designfreiheit bei der Gestaltung der Beleuchtungseinrichtungen ermöglicht. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, bspw. in Form einer Kraftfahrzeugleuchte, mit einer solchen Vorsatzoptik.
Die Vorsatzoptik umfasst mehrere Lichtleitelemente, von denen eines in einer bevorzugten Ausführungsform in 1a gezeigt und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Das Lichtleitelement 1 besteht aus einem massiven, optisch transparenten Material, bspw. Glas oder Kunststoff. Es umfasst eine Lichteintrittsfläche 2 sowie eine in Lichtrichtung 3 gegenüberliegende Lichtaustrittsfläche 4. Zwischen der Lichteintrittsfläche 2 und der Lichtaustrittsfläche 4 sind vier Seitenflächen 5 ausgebildet, so dass sich ein rechteckiger Querschnitt ergibt. Die Seitenflächen 5 erstrecken sich entlang einer Mittellinie 6, die durch das Zentrum der Lichteintrittsfläche 2 und der Lichtaustrittsfläche 4 und sämtlicher dazwischen liegender Querschnitte verläuft. Die Mittellinie 6 und damit auch die Seitenflächen 5 haben eine Wellenform. Selbstverständlich kann das Lichtleitelement 1 auch einen von einem Rechteck abweichenden Querschnitt aufweisen. Ferner kann die Form des Lichtleitelements von einer "Wellenform" abweichen.
In dem in 1a gezeigten Beispiel sind die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen 2, 4 rechteckig ausgebildet. Somit hat das Lichtleitelement 1 auch einen rechteckigen Querschnitt mit vier Seitenflächen 5, von denen sich jeweils zwei gegenüberliegen. Der Querschnitt des Lichtleitelement 1 nimmt ausgehend von der Eintrittsfläche 2 zu der Austrittsfläche 4 hin (vorzugsweise streng) monotone zu. Die Seitenflächen 5 divergieren also ausgehend von der Lichteintrittsfläche 2 zu der Austrittsfläche 4 hin.
Möglichst dicht an der Lichteintrittsfläche 2 ist eine Lichtquelle angeordnet, damit möglichst viel von der Lichtquelle (hier nicht dargestellt; vgl. 15 in 9) ausgesandtes Licht über die Eintrittsfläche 2 in das Lichtleitelement 1 eingekoppelt wird. Der minimale Abstand der Lichtquelle zu der Lichteintrittsfläche 2 ist insbesondere durch die Wärmeabstrahlung der Lichtquelle begrenzt, die nicht zu einer Beschädigung der Lichteintrittsfläche 2 führen darf. Der Abstand zwischen der Lichtquelle und der Lichteintrittsfläche 2 ist also gerade so groß gewählt, dass eine Beschädigung der Lichteintrittsfläche 2 durch von der Lichtquelle während des Betriebs ausgesandter Wärme sicher, zuverlässig und langfristig vermieden wird. Die in das Lichtleitelement 1 eingekoppelten Lichtstrahlen treffen auf die Seitenflächen 5, wo sie mittels Totalreflexion reflektiert werden. Aufgrund des divergierenden Verlaufs der Seitenflächen 5 werden die Lichtstrahlen mit jeder Reflexion an einer der Seitenflächen 5 gebündelt, das heißt der Öffnungswinkel des Lichtbündels verringert sich. Die Lichtstrahlen des gebündelten Lichtbündels treten dann über die Lichtaustrittsfläche 4 aus dem Lichtleitelement 1 aus.
Eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik weist – wie gesagt – mehrere dieser Lichtleitelemente 1 auf. In 1b sind zwei der Lichtleitelemente 1 aus 1a nebeneinander angeordnet. Da die Lichtaustrittsflächen 4 größer als die Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 sind, berühren sich die beiden nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 seitlich im Bereich der Lichtaustrittflächen 4. Auf der gegenüberliegenden Seite der Lichtleitelemente 1 weisen diese einen Abstand zwischen den Lichteintrittsflächen 2 auf. Dieser Abstand ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel so groß, dass in ihm die Lichteintrittsfläche 2 eines weiteren Lichtleitelements 1 angeordnet werden kann (vgl. das mittlere Lichtleitelement 1 in 1c). Das weitere Lichtleitelement 1 entspricht von seiner Form her weitgehend den Lichtleitelementen 1 aus 1b, wurde jedoch um eine Längsachse 7, die parallel zu einer imaginären Mittenebene zwischen den Lichtleitelementen 1 verläuft, um 180° gedreht und dann parallel zu der Mittenebene verschoben, sodass die Lichteintrittsfläche 2 des weiteren Lichtleitelements 1 zwischen die Lichteintrittsflächen 2 der beiden anderen Lichtleitelemente 1 (vgl. 1b) passt. Die Achse 7 steht senkrecht auf der Mitte einer der Eintrittsflächen 2. Diese drei Lichtleitelemente 1, wie sie in 1c gezeigt sind, können bereits eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik 10 bilden. Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 10 ist besonders gut geeignet, das von einem Flächenstrahler ausgesandte Licht besonders effizient zu bündeln und für eine besonders homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsflächen 4 zu sorgen. Die Mittenebene ist derart zwischen den Lichtleitelementen 1 definiert, dass sie einen gleich großen Abstand zu den Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 hat und durch die Mitte der Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 verläuft.
Als Lichtquelle wird ein Flächenstrahler eingesetzt, der bspw. als eine OLED, als ein Lightpaper, als eine Elektrolumineszenzfolie oder als eine leuchtende Fläche mit Fotolumineszenz-Eigenschaften ausgebildet ist, die von einem beweglichen Laserstrahl bestrahlt und zum Leuchten gebracht wird. Je nach Wellenlänge des Laser-Lichts und dem Material mit den Fotolumineszenz-Eigenschaften der leuchtenden Fläche kann so Licht einer beliebigen Farbe erzeugt werden. Der Flächenstrahler für die Vorsatzoptik 10 aus 1c ist beispielsweise rechteckig ausgebildet und weist eine Breite entsprechend der Breite der drei Lichteintrittsflächen 2 und eine Höhe entsprechend der Höhe der Lichtaustrittsflächen 4 auf. Auch jede andere Art von Flächenstrahler kann mit der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 10 verwendet werden.
Bei der Vorsatzoptik 10 aus 1c sind die beiden nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 auf einer ersten Seite der Mittenebene angeordnet. Sie bilden eine erste Gruppe 11 von Lichtleitelementen 1. Das einzelne weitere Lichtleitelement 1 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenebene angeordnet und bildet eine zweite Gruppe 12 mit einem Lichtleitelement 1. Selbstverständlich können die beiden Gruppen 11, 12 auch mehr als die in 1c gezeigten Lichtleitelemente 1 aufweisen. Die Lichteintrittsflächen 2 aller Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 10 grenzen seitlich unmittelbar aneinander. Ebenso grenzen die Lichtaustrittflächen 4 der ersten Gruppe 11 von Lichtleitelementen 1 seitlich unmittelbar aneinander. Würde die zweite Gruppe 12 von Lichtleitelementen 1 mehr als das in 1c gezeigte eine Lichtleitelement 1 umfassen, würden auch die Lichtaustrittsflächen 4 dieser weiteren Lichtleitelemente 1 der zweiten Gruppe 12 seitlich unmittelbar aneinander grenzen.
In 2a ist eine Draufsicht auf die Lichtaustrittsflächen 4 der Vorsatzoptik 10 aus 1c gezeigt. Die Lichtaustrittsflächen 4 der beiden nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 der ersten Gruppe 11 gehen ineinander über, sodass sie nicht nur unmittelbar aneinander grenzen, sondern sogar als eine gemeinsame größere Lichtaustrittsfläche erscheinen. Zur besseren Kenntlichmachung wurden die beiden Lichtaustrittsflächen 4 durch eine imaginäre gestrichelte Linie voneinander getrennt.
In 2b ist eine Ansicht auf die Lichteintrittsflächen 2 der Vorsatzoptik 10 aus 1c gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Lichteintrittsflächen 2 sämtlicher Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 10 nebeneinander angeordnet sind und unmittelbar aneinander grenzen. Durch die durchgezogenen Linien zwischen den einzelnen Lichteintrittsflächen 2 wird deutlich, dass die Lichteintrittsflächen 2 von nebeneinander angeordneten Lichtleitelementen 1 zwar unmittelbar aneinander grenzen, dennoch aber noch separate Bauteile sind. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, dass die Lichteintrittsflächen 2 der nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 miteinander in Verbindung stehen und eine gemeinsame Gesamt-Lichteintrittsfläche der Vorsatzoptik 10 bilden.
In 3a ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Die Seitenansicht aus 3a würde sich auch ergeben, wenn man die Vorsatzoptik 10 aus 1c von der Seite betrachten würde. Die Ausführungsform der Vorsatzoptik 20 weist im Unterschied zu der Vorsatzoptik 10 aus der 1c jedoch wesentlich mehr nebeneinander angeordnete Lichtleitelemente 1 auf, so dass sich insgesamt eine größere Breite der Vorsatzoptik 20 ergibt. Dies kann den 3b bis 3d entnommen werden. 3b zeigt eine Ansicht von unten auf die Vorsatzoptik 20. 3c zeigt eine Ansicht von oben auf die Vorsatzoptik 20. 3d zeigt eine Ansicht auf die Lichtaustrittsflächen 4 der nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 20 entgegen einer Lichtaustrittsrichtung 25. Es ist zu erkennen, dass bei dem Ausführungsbeispiel der 3a bis 3d sowohl die Lichteintrittsflächen 2 als auch die Lichtaustrittsflächen 4 der verschiedenen nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 nicht nur unmittelbar aneinander grenzen, sondern sogar miteinander in Verbindung stehen und so eine gemeinsame Gesamt-Lichteintrittsfläche der Vorsatzoptik 20 sowie eine gemeinsame Gesamt-Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik 20 bilden.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht der Vorsatzoptik 20 aus den 3a bis 3d gezeigt. Ähnlich wie in 3a ist auch hier die Wellenform der einzelnen Lichtleitelemente 1 (vgl. 1a) deutlich zu erkennen. Die Lichteintrittsflächen 2 sämtlicher Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 20 bilden nebeneinander angeordnet die Gesamt-Lichteintrittsfläche der Vorsatzoptik 20. Die Lichtleitelemente 1 der ersten Gruppe 11, deren Lichtaustrittsflächen 4 seitlich unmittelbar aneinander grenzen, bilden eine obere Gesamt-Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik 20, die oberhalb der imaginären Mittenebene angeordnet ist. Die Lichtleitelemente 1 der zweiten Gruppe 12, deren Lichtaustrittsflächen 4 seitlich unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, bilden eine untere Gesamt-Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik 20, die unterhalb der Mittenebene angeordnet ist. Die Vorsatzoptik 20 gemäß der 3a bis 4 kann als ein einziges gemeinsames Bauteil ausgebildet sein, das bspw. mittels Spritzguss hergestellt wird. Damit die Vorsatzoptik 20 im Spritzgussverfahren hergestellt werden kann, ist es erforderlich, dass die nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 der Gruppen 11, 12 nicht spitz aufeinander zulaufen (vgl. 5 an der Stelle 13), sondern dass die Spitze zwischen nebeneinander angeordneten Lichtleitelementen 1 der gleichen Gruppe 11; 12 abgerundet ist, wie dies in 5 an der Stelle 14 gezeigt ist.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen großen Anteil des von der flächigen Lichtquelle in den 180°-Halbraum abgestrahlten Lichts in die Vorsatzoptik 10, 20 einzuspeisen. Auf Grund einer Vergrößerung des Querschnitts der einzelnen Lichtleiter 1 der Vorsatzoptik 10, 20 in Lichtrichtung 3 wird der Öffnungswinkel des Lichtbündels verringert. Die Vorsatzoptik 10, 20 ist aus einer Vielzahl von Lichtleitelementen 1 aufgebaut. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen hat die Lichtaustrittsfläche 4 der einzelnen Lichtleitelemente 1 in Richtung der Erstreckung der Mittenebene die doppelte Breite wie die Lichteintrittsflächen 2. Dadurch ist es möglich, dass die Lichteintrittsflächen 2 von allen Lichtleitelementen 1 der Vorsatzoptik 10, 20 nebeneinander und seitlich unmittelbar aneinander grenzend angeordnet werden können. Ferner kann dadurch erreicht werden, dass die Lichtaustrittsflächen 4 von jedem zweiten der Lichtleitelemente 1 nebeneinander und unmittelbar aneinander grenzend angeordnet werden können. Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen parallelen und senkrecht zu der Mittenebene verlaufenden Eintritts- und Austrittsflächen 2, 4 weisen bspw. einen Abstand von 50 mm auf, die Eintrittsflächen 2 haben bspw. eine Abmessung von 2,5 × 4mm, die Austrittsflächen 4 eine Abmessung von 5 × 8mm. Da sowohl die Eintrittsflächen 2 als auch die Austrittsflächen 4 der nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 10, 20 unmittelbar aneinander grenzen und eine geschlossene Gesamt-Lichteintrittsfläche bzw. Gesamt-Lichtaustrittsfläche bilden, müssen die Eintrittsflächen 2 und die Austrittsflächen in ihrer Breite ein Verhältnis von 1:2 aufweisen.
Selbstverständlich sind auch noch weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik denkbar. So wäre es bspw. möglich, die Lichtleitelemente 1 nicht nur in zwei Gruppen 11, 12, sondern in drei Gruppen zu unterteilen, wobei sich die dritte Gruppe an Lichtleitelementen 1 zwischen den Lichtleitelementen 1 der ersten Gruppe 11 und den Lichtleitelementen 1 der zweiten Gruppe 12 erstrecken könnte, sodass die Lichtaustrittsflächen 4 der dritten Gruppe an Lichtleitelementen 1 durch die imaginäre Mittenebene verläuft und durch diese in zwei gleich große Bereiche unterteilt werden. Die Lichtleitelemente 1 der dritten Gruppe bzw. deren Lichtrichtung 3 würde dann parallel zu der Mittenebene verlaufen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel würde dann jedes dritte der nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 einer anderen Gruppe von Lichtleitelementen 1 zugeordnet sein. Drei nebeneinander angeordnete Lichtleitelemente 1 würden unterschiedlichen Gruppen zugeordnet sein. Die Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 eines solchen Ausführungsbeispiels hätten in Richtung der Erstreckung der imaginären Mittenebene dann vorzugsweise die dreifache Breite der Lichteintrittsflächen 2. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, Vorsatzoptiken gemäß der vorliegenden Erfindung zu realisieren, deren Lichtleitelemente 1 in mehr als drei Gruppen unterteilt sind.
6 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die von der Vorsatzoptik 20 gemäß der 3a bis 4 über die Lichtaustrittsflächen 4 abgestrahlte Lichtstärkeverteilung.
Es ist zu erkennen, dass die sogenannte Halbwertsbreite etwa 25° beträgt. Dies bedeutet, dass die Lichtstärke ausgehend von ihrem maximalen Wert (etwa 30cd) bei 0° horizontal bei etwa +/– 25° horizontal die Lichtstärke der Hälfte des Maximalwerts hat (etwa 15cd). Dies kommt einer typischen Lichtverteilung für Signalleuchten, hier am Beispiel eines Positionslichts, sehr nahe. Die gesetzlich vorgegebene Lichtstärkeverteilung für Positionslicht schreibt eine Breite von +/– 20° horizontal vor. Bei der vorliegenden Erfindung wird hauptsächlich Licht in Richtungen abgegeben, die zur gesetzlichen Verteilung beitragen. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 10, 20 sehr effizient arbeitet.
In den 7a und 7b ist auf der x-Achse die Breite in Richtung der Erstreckung der imaginären Mittenebene von –100 bis +100 mm aufgetragen. In 7b ist eine Ansicht auf die Lichtaustrittsflächen 4 der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 20 im eingeschalteten Zustand der Flächenstrahler gezeigt. Es ist deutlich eine erste Gesamt-Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik 20 oberhalb der imaginären Mittenebene, die bei 0 mm vertikal angeordnet ist, und eine zweite Gesamt-Austrittsfläche der Vorsatzoptik 20 unterhalb der Mittenebene zu erkennen. Beide Gesamt-Lichtaustrittsflächen haben einen Abstand von etwa 10 mm vertikal von der Mittenebene. Die obere Gesamt-Lichtaustrittsfläche wird durch die Einzel-Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 der ersten Gruppe 11 erzeugt. Dementsprechend wird die untere Gesamt-Lichtaustrittsfläche durch die nebeneinander angeordneten Einzel-Austrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 der zweiten Gruppe 12 erzeugt. Besonders gut zu erkennen ist, dass beide Gesamt-Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptik 20 über ihre gesamte Breite sehr gleichmäßig und homogen ausgeleuchtet werden. 7a zeigt einen Schnitt durch die obere Leuchtdichteverteilung aus 7b der Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 20. Die besonders homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsflächen 4 wird auch anhand der 7a deutlich, wo zu erkennen ist, dass die Lichtintensität über die gesamte Breite der Vorsatzoptik 20 (von –100 bis +100 mm) recht gleichmäßige Werte im Bereich von 4 × 10⁴ cd/m aufweist. Die Schwankungen sind sehr gering und liegen im Bereich von +/– 0,5 × 10⁴ cd/m².
In 8 ist die Leuchtdichteverteilung auf den Austrittsflächen 4 aus einer Richtung von horizontal +24° und vertikal +24° gezeigt. Selbst aus einer solchen Blickrichtung erscheint die Vorsatzoptik 20 homogen ausgeleuchtet. Die Vorsatzoptik 20 wird also für den Betrachter innerhalb eines sehr großen Beobachtungsbereichs homogen ausgeleuchtet. Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 20 löst somit den Zielkonflikt zwischen einer starken Bündelung für eine hohe Effizienz und einem großen Beobachtungsbereich einerseits sowie einer besonders homogenen Ausleuchtung der Lichtaustrittsflächen 4 andererseits besonders gut.
9 zeigt nochmals eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 10, 20, wie sie bspw. auch in 3a gezeigt ist, wobei in 9 nicht die gesamte Vorsatzoptik 10, 20, sondern lediglich ein Lichteintrittsbereich und ein sich daran anschließender Bündelungsabschnitt der Lichtleitelemente 1 gezeigt ist. Die Lichtquelle in Form eines Flächenstrahlers ist mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Es wird angemerkt, dass die Dicke der Lichtquelle 15 nicht maßstabsgetreu ist und zur besseren Erkennbarkeit überhöht eingezeichnet wurde. Der Flächenstrahler 15 ist in möglichst geringer Entfernung zu der Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 10, 20 angeordnet. Der Flächenstrahler 15 ist als ein ebenes, langes und schmales Rechteck ausgebildet und entspricht seiner Form und seinen Abmessung nach der Form und den Abmessungen der nebeneinander angeordneten Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik 10, 20. In 9 entspricht die Achse 7 der Mittenebene, die durch die Achse 7 in die Zeichenebene hinein verläuft.
Die dargestellte Form und Längserstreckung der Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptiken 10, 20 sind nur eine von vielen Möglichkeiten, wie die Lichtleitelemente 1 einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik ausgestaltet werden können. Ein weiteres Beispiel für die Form und Längserstreckung von Lichtleitelementen 1 einer weiteren erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 30 sind in 10 gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Längsachse 6 in diesem Ausführungsbeispiel nicht wellenförmig, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, ausgestaltet ist, sondern geradlinig verläuft. Die Lichtleiter 1 der Vorsatzoptik 30 sind aus mehreren geraden Stücken zusammengesetzt. An die Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 schließt sich ein Einkoppelabschnitt 16 an, bei dem die Seitenwände senkrecht zu der Eintrittsfläche 2 stehen und gegenüberliegende Seitenwände zueinander parallel verlaufen. Im Weiteren folgt ein Aufspaltungsabschnitt 17, wo die Seitenwände weiterhin parallel, jedoch leicht zu Seite geneigt verlaufen. Selbstverständlich können die Seitenwände in dem Aufspaltungsabschnitt 17 auch nicht parallel zueinander verlaufen, sondern bspw. divergierend in Lichtrichtung 3. Der Aufspaltungsabschnitt 17 ist vorzugsweise so lange ausgeführt, dass die nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 am Ende des Aufspaltungsabschnitts 17 vollkommen getrennt voneinander sind. Im Anschluss an den Aufspaltungsabschnitt 17 folgt in Lichtrichtung 3 ein Bündelungsabschnitt 18, der wiederum durch Geraden bzw. ebene Seitenflächen 5 begrenzt ist. Die Geraden bzw. Seitenflächen 5 des Bündelungsabschnitts 18 verlaufen nicht parallel, sondern weisen einen kleinen Winkel zueinander auf und laufen in Lichtrichtung 3 auseinander, sodass sich die Querschnittsfläche der Lichtleiter 1 in Lichtrichtung 3 vergrößert. Dies führt – wie gesagt – dazu, dass bei jeder Reflexion an einer Seitenwand 5 des Bündelungsabschnitts 18 der Winkel der Lichtstrahlen zur Mittenlinie 6 und damit der Öffnungswinkel des Lichtbündels verringert wird.
Würde man bei dieser Ausführungsform die Lichtleitelemente 1 am Ende jeweils senkrecht zu deren Mittenlinien 6 begrenzen (vgl. die gestrichelte Linie 19), würde das Licht unter Brechung symmetrisch um diese Mittenlinie 6 verteilt aus den Lichtleitelementen 1 austreten, was die vorangegangene Bündelung der Lichtstrahlen teilweise wieder aufheben würde. Um dies zu vermeiden, sind die Austrittsflächen 4 mit einem Keil 26 versehen, der so steil ist, dass das Licht aus den Lichtleitelementen 1 in Richtungen um eine Winkelhalbierende 21 zwischen benachbarten Lichtleitelementen 1 verteilt austritt. Wenn die Vorsatzoptik 30 derart in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass die Winkelhalbierende 21 zwischen den Lichtleitelementen 1 parallel zur Fahrbahn liegt, würde das Licht also um die vertikale 0°-Richtung austreten. Wenn die Vorsatzoptik 30 (leicht) geneigt in dem Kraftfahrzeug angeordnet wäre, können die Keile 20 (unsymmetrisch) so ausgelegt werden, dass das Licht wiederum um die vertikale 0°-Richtung abgestrahlt wird. Schließlich ist die Lichtaustrittsfläche 4 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit Streuelementen 22 versehen, um das Erscheinungsbild der Vorsatzoptik 30 bzw. der Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 im ausgeschalteten Zustand interessanter zu gestalten. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Streuelemente konvex zylindrisch ausgebildet. Sie erzeugen nur eine schwache Streuung, da die Streuung die Fokussierung des Lichts stören würde. Selbstverständlich kann auf die Streuelemente 22 auch verzichtet werden. Ferner wäre es denkbar, entsprechende Streuelemente 22 auch bei den anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik vorzusehen.
In 11 ist die Vorsatzoptik 30 aus 10 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
12a zeigt die Leuchtdichteverteilung der Vorsatzoptik 30, wobei auch hier die besonders homogene Ausleuchtung der Gesamt-Lichtaustrittsflächen ober- bzw. unterhalb der imaginären Mittenebene gut zu erkennen ist. In diesem Beispiel haben die Gesamt-Austrittsflächen einen Abstand von etwa +/– 5 mm zu der Mittenebene. 12b zeigt einen horizontalen Schnitt durch die abgestrahlte Lichtstärkeverteilung. Wiederum gelingt eine Verringerung des Öffnungswinkels des abgestrahlten Lichtkegels und wiederum erscheint die Vorsatzoptik 30 sehr homogen gleichmäßig hell ausgeleuchtet.
In 13 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 40 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel aus den 10 bis 12b. Allerdings ist bei der Vorsatzoptik 40 in Lichtrichtung 3 auf den Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 der oberen und der unteren Gruppe 11, 12 jeweils ein gemeinsames optisch wirksames Element 23 angeordnet. Das Element 23 hat eine konstante Wandstärke, d.h. die oberen und unteren Seitenwände verlaufen parallel zueinander. Ferner hat das Element 23 eine unsymmetrische Kontur, die wiederrum mit einem aufgesetzten Keil 24 endet, sodass die Lichtaustrittsflächen der optisch wirksamen Elemente 23 schräg zu einer Ebene 19 verlaufen, die senkrecht zu den Längsachsen 6 der Lichtleitelemente 1 angeordnet ist.
14a zeigt die Leuchtdichteverteilung auf der Austrittsfläche der optisch wirksamen Elemente 23 der Vorsatzoptik 40 aus 13. Gut zu erkennen ist wiederum die besonders homogene Ausleuchtung der Austrittsflächen. Die Gesamt-Lichtaustrittsflächen der optisch wirksamen Elemente 23 erscheinen im ausgeleuchteten Zustand etwas gewölbt. In 14b ist ein horizontaler Schnitt durch die Lichtstärkeverteilung gezeigt. Aufgrund der unsymmetrischen Kontur der Austrittsflächen der optisch wirksamen Elemente 23 ist auch die Lichtstärkeverteilung aus 14b leicht unsymmetrisch. Dies kann jedoch für bestimmte Anwendungsbereiche gewünscht und vorteilhaft sein.
Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik können beliebig viele Lichtleiterelemente 1 hinter-, neben- oder übereinander angeordnet werden. Versuche haben gezeigt, dass von den 100 % des von einem Flächenstrahler abgegebenen Lichtstroms bis zu 84 % aus der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 austreten und in den homogen erscheinenden Beobachtungsbereich strahlen. Immerhin 60 % des von dem Flächenstrahler abgegebenen Lichtstroms strahlen in den für Leuchten typischen Bereich einer gesetzlich vorgegebenen Lichtstärkeverteilung. Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 weist somit eine besonders hohe Effizienz auf.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 verwendeten Flächenstrahler müssen nicht gerade ausgeführt sein, sondern können auch einer offenen oder geschlossenen Kurve folgen, falls die Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik dementsprechend angeordnet sind. Ferner muss der Flächenstrahler auch nicht in einer einzigen Ebene liegen. Neben den hier beschriebenen Querschnitten bzw. Querschnittsflächen der Lichtleitelemente 1 sind viele weitere Querschnitte möglich. Die Querschnitte müssen lediglich das Erfordernis erfüllen, dass zwischen den kleineren Lichteintrittsflächen 2 und den größeren Lichtaustrittsflächen 4 eine (streng) monotone Zunahme des Querschnitts stattfindet und innerhalb der Lichtleitelemente 1 die Bedingung für Totalreflexion nicht verletzt wird. Ferner sind in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Lichtleitelemente 1 einer Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 stets aus identischen Elementen aufgebaut. Dies muss aber nicht so sein. Sie könnten sich bspw. in der Länge oder im Querschnitt voneinander unterscheiden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Vorsatzoptik 40 aus 13 wäre es bspw. denkbar, dass alle Lichtleitelemente 1 nicht wie dort gezeigt an einer Geraden, sondern in einem konstanten Abstand zur Lichtaustrittsfläche enden. Ebenso wäre bspw. eine Vorsatzoptik mit Lichtleitelementen 1 denkbar, deren Querschnitte eine Kombination der Ausführungsbeispiele aus den 3 und 10 ist. Statt eines symmetrischen Querschnitts wie in den 3 und 10 können die Lichtleitelemente 1 auch unsymmetrische Querschnitte aufweisen.
Ferner wäre es denkbar, durch Variation der Größe der Lichteintrittsflächen 2 der einzelnen Lichtleiterelemente 1 einer Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 die Menge des Lichts zu steuern, das von dem Flächenstrahler über die Lichteintrittsfläche 2 in das jeweilige Lichtleitelement 1 eintritt. Je nach dem, wieviel Licht in die einzelnen Lichtleitelemente 2 eintritt, leuchten deren Lichtaustrittsflächen 4 unterschiedlich hell. Dies könnte für bestimmte Anwendungsbereiche von Vorteil sein. Die Größe der Lichteintrittsflächen 2 der nebeneinander angeordneten Lichtleitelemente 1 einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 könnten von einer Seite der Vorsatzoptik zur gegenüberliegenden Seite hin kontinuierlich variieren (zunehmen oder abnehmen). Auf diese Weise könnte erreicht werden, dass die Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 von der einen Seite der Vorsatzoptik zur gegenüberliegenden Seite hin zunehmend heller bzw. dunkler leuchten. Die Größen der Lichteintrittsflächen 2 der verschiedenen Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik könnten auch zufällig gewählt werden, sodass die Lichtaustrittsflächen 4 der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik nicht mehr homogen erscheinen, sondern die einzelnen Lichtaustrittsflächen 4 der Lichtleitelemente 1 unterschiedlich hell leuchten. Ein entsprechender Effekt könnte auch dadurch erzielt werden, dass die Lichteintrittsflächen 2 der Lichtleitelemente 1 der Vorsatzoptik alle gleich groß gewählt werden und statt dessen die Größe der Lichtaustrittsflächen 4 der einzelnen Lichtleitelemente 1 variiert werden. Eine größere Austrittsfläche 4 wird bei gleichem Lichtstrom weniger hell ausgeleuchtet.
Der durch die Lichtleitelemente 1 geleitete Lichtstrom kann auch dadurch variiert werden, dass mittels einer elektrischen Schaltung der abgegebene Lichtstrom eines Bereichs des Flächenstrahlers variiert wird, der einer Eintrittsfläche 2 eines bestimmten Lichtleitelements 1 zugeordnet ist. Für dieses Ausführungsbeispiel wäre der Flächenstrahler also in separat ansteuerbare Bereiche unterteilt, die einen unterschiedlichen Lichtstrom abgeben können. Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 10, 20, 30, 40 kann in einem Kraftfahrzeug horizontal, vertikal oder schräg angeordnet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10231324 A1 [0003]

Claims

Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) zur Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs zur Bündelung des von einem Flächenstrahler (15) der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts, wobei die Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) mindestens ein Lichtleitelement (1) aus einem transparenten massiven Material aufweist, das eine dem Flächenstrahler (15) zugewandte Eintrittsfläche (2) zum Einkoppeln von zumindest einem Teil des von dem Flächenstrahler (15) ausgesandten Lichts und eine der Eintrittsfläche (2) in Lichtrichtung (3) durch das Lichtleitelement (1) gegenüberliegende Austrittsfläche (4) aufweist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (1) in der Lichtrichtung (3) einen zunehmenden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) mindestens drei Lichtleitelemente (1) aufweist, wobei die Lichteintrittsflächen (2) der Lichtleitelemente (1) nebeneinander, unmittelbar aneinander grenzend und senkrecht zu einer imaginären Mittenebene angeordnet sind, wobei die Mittenebene durch die Eintrittsflächen (2) verläuft, und dass die Lichtleitelemente (1) derart geformt sind, dass von benachbarten Lichtleitelementen (1), deren Eintrittsflächen (2) aneinander grenzen, die Lichtaustrittsflächen (4) einen unterschiedlichen Abstand zu der Mittenebene aufweisen, wobei die Austrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) mit dem gleichen Abstand zu der Mittenebene nebeneinander und unmittelbar aneinander grenzend angeordnet sind.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitelemente (1) in zwei Gruppen (11, 12) unterteilt sind, wobei jeweils benachbarte Lichtleitelemente (1), deren Eintrittsflächen (2) aneinander grenzen, zu unterschiedlichen Gruppen (11, 12) gehören, und wobei die Lichtaustrittsflächen (2) der ersten Gruppe (11) von Lichtleitelementen (1) in einem Abstand auf einer ersten Seite der Mittenebene und die Lichtaustrittsflächen (4) der zweiten Gruppe (12) von Lichtleitelementen (1) in einem Abstand auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenebene angeordnet sind.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) in Richtung der Erstreckung der Mittenebene eine doppelt so große Abmessung aufweisen wie die Lichteintrittsflächen (2).
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitelemente (1) in drei Gruppen unterteilt sind, wobei jeweils drei nebeneinander angeordnete Lichtleitelemente (1), deren Eintrittsflächen (2) aneinander grenzen, zu unterschiedlichen Gruppen gehören, und wobei die Lichtaustrittsflächen (4) der ersten Gruppe (11) von Lichtleitelementen (1) in einem Abstand auf einer ersten Seite der Mittenebene, die Lichtaustrittsflächen (4) der zweiten Gruppe (12) von Lichtleitelementen (1) in einem Abstand auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenebene und die Lichtaustrittsflächen (4) der dritten Gruppe von Lichtleitelementen (1) in der Mittenebene angeordnet sind, so dass die Mittenebene durch die Austrittsflächen (4) der dritten Gruppe von Lichtleitelementen (1) verläuft.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) in Richtung der Erstreckung der Mittenebene eine dreimal so große Abmessung aufweisen wie die Lichteintrittsflächen (2).
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Lichtleitelement (1) der zweiten Gruppe (12) von Lichtleitelementen (1) durch Spiegelung eines Lichtleitelements (1) der ersten Gruppe (11) von Lichtleitelementen (1) an der Mittenebene und Verschieben des gespiegelten Lichtleitelements (1) parallel zu der Erstreckung der Mittenebene ergibt.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsflächen (2) der Lichtleitelemente (1) der Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) alle die gleichen Abmessungen aufweisen.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) der Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) alle die gleichen Abmessungen aufweisen.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in unterschiedlichen Abständen zu der Mittenebene angeordneten Lichtaustrittsflächen (4) oben und/oder unten unmittelbar aneinander grenzen.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitelemente (1) der Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) in einem einzigen Teil gefertigt sind, wobei benachbarte Lichtleitelemente (1) zumindest im Bereich ihrer Eintrittsflächen (2) und/oder im Bereich ihrer Austrittsflächen (4) Verbindungen zueinander aufweisen.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) eine Neigung relativ zu einer senkrecht zu einer Mittellinie (6) des Lichtleitelements (1) verlaufenden Ebene aufweisen.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Lichtaustrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) zumindest bereichsweise Streuelemente (22) angeordnet sind.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die in dem gleichen Abstand zu der Mittenebene angeordneten Austrittsflächen (4) der Lichtleitelemente (1) in ein gemeinsames optisch wirksames Element (23) übergehen, das eine Austrittsfläche mit einer Wölbung um eine senkrecht zu der Mittenebene verlaufende Achse aufweist.
Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung der Austrittsfläche der optisch wirksamen Elemente (23) unsymmetrisch bezüglich einer senkrecht zu der Mittenebene und parallel zu der Lichtrichtung (3) durch die Lichtleitelement (1) verlaufenden Ebene ist.
Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einem Flächenstrahler (15) und einer Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) zur Bündelung des von dem Flächenstrahler (15) ausgesandten Lichts, wobei die Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) mindestens ein Lichtleitelement (1) aus einem transparenten massiven Material aufweist, das eine dem Flächenstrahler (15) zugewandte Eintrittsfläche (2) zum Einkoppeln von zumindest einem Teil des von dem Flächenstrahler (15) ausgesandten Lichts und eine der Eintrittsfläche (2) in Lichtrichtung (3) durch das Lichtleitelement (1) gegenüberliegende Austrittsfläche (4) aufweist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (1) in der Lichtrichtung (3) einen zunehmenden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.