DE102017106441A1

DE102017106441A1 - Kraftfahrzeugleuchte mit einem flächigen Lichtleiter

Info

Publication number: DE102017106441A1
Application number: DE102017106441.9A
Authority: DE
Inventors: Hubert Zwick
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-27

Abstract

Vorgestellt wird eine Kraftfahrzeugleuchte (80) mit einem flächigen Lichtleiter (86). Der Lichtleiter (86) weist abzweigende Seitenarme (110, 112, 114, 116, 118, 120) auf, von denen jeder eine Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) aufweist. Die Seitenarme zweigen in unterschiedlicher Entfernung von einer Lichteintrittsfläche (124) des Lichtleiters von einem Hauptlichtleiter (96) des Lichtleiters (86) ab. Lichtaustrittsflächen (126, 128, 130, 132, 134), von denen keine die der Lichteintrittsfläche (124) des Lichtleiters (86) nächstliegende Lichtaustrittsfläche (136) ist, sind untereinander gleich und im Raum in gleicher Orientierung angeordnet. In einem Abstand vor jeder Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) ist ein optisches Element angeordnet und wird mit aus der Lichtaustrittsfläche austretendem Licht beleuchtet. Die Abstände sind untereinander gleich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Kraftfahrzeugleuchte wird als per se bekannt vorausgesetzt. Im Unterschied zu Kraftfahrzeugscheinwerfern dienen Kraftfahrzeugleuchten dazu, anderen Verkehrsteilnehmern die Präsenz und das Verhalten eines Kraftfahrzeuges zu signalisieren. Beispiel von Kraftfahrzeugleuchten sind Bremsleuchten, Blinkleuchten und Tagfahrlichtleuchten, ohne dass diese Aufzählung abschließend gemeint ist. Kraftfahrzeugleuchten können separate Beleuchtungsvorrichtungen mit einem eigenen Gehäuse sein, oder sie können zusammen mit anderen Kraftfahrzeugleuchten oder Scheinwerferlichtmodulen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Als Lichtquellen werden zunehmend Halbleiterlichtquellen wie Leuchtdioden verwendet. Mit deren Licht werden Lichtleiter gespeist. Dies ergibt eine große Gestaltungsfreiheit für das Erscheinungsbild der eingeschalteten Leuchten.
Die per se bekannte Kraftfahrzeugleuchte weist einen flächigen Lichtleiter auf, der zwei einander im Abstand einer Dicke des Lichtleiters gegenüberliegende Breitseiten und zwei einander im Abstand einer Breite des Lichtleiters gegenüberliegende Schmalseiten und einen eine Lichteintrittsfläche aufweisenden Hauptlichtleiter und im Strahlengang von aus dem Lichtleiter austretendem Licht wenigstens n = 3 optische Elemente aufweist. die das austretende Licht in einen vorgegebenen Raumwinkel richten oder auf einen vorgegebenen Raumwinkel begrenzen. Der vorgegebene Raumwinkel ist zum Beispiel der Raumwinkel einer regelkonformen Signallichtverteilung.
Aufgrund ihrer Beleuchtung mit aus den Lichtaustrittsflächen des Lichtleiters austretendem Licht prägen die optischen Elemente das Erscheinungsbild der Kraftfahrzeugleuchte. Es hat sich gezeigt, dass die optischen Elemente der bekannten Kraftfahrzeugleuchte für einen Betrachter, der die Kraftfahrzeugleuchte unter verschiedenen Betrachtungswinkeln betrachtet, nicht aus jedem Betrachtungswinkel untereinander gleich hell leuchtend erscheinen. Außerdem ist die Effizienz der bekannten Kraftfahrzeugleuchte noch verbesserungswürdig. Die Effizienz ist in diesem Zusammenhang der Anteil an dem Licht, mit dem der Lichtleiter gespeist wird, das letztlich aus den optischen Elementen austritt.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe einer Kraftfahrzeugleuchte, die eine regelkonforme Signallichtverteilung erzeugt, deren optische Elemente für einen Betrachter untereinander alle gleich leuchtend erscheinen und die eine verbesserte Effizienz aufweist. Die gleiche Helligkeit soll sich für im Idealfall für jede Betrachtungsrichtung ergeben, die in dem Raumwinkelbereich einer regelkonformen Signallichtverteilung einer Kraftfahrzeugleuchte liegt. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei sich die vorliegende Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 von dem eingangs genannten Stand der Technik unterscheidet.
Dadurch, dass der Lichtleiter n von dem Hauptlichtleiter in Seitenarm-individuellen Abzweigungen abzweigende Seitenarme aufweist, von denen jeder eine Lichtaustrittsfläche aufweist und wobei n größer oder gleich 3 ist, werden der Zahl n entsprechend viele Lichtaustrittsflächen erzeugt, die n entsprechend der Anordnung der Lichtaustrittsflächen verteilte Einzellichtquellen ersetzen. Die lichterzeugenden Einzellichtquellen können räumlich getrennt von den Lichtaustrittsflächen angeordnet werden, was die elektrische Kontaktierung für die Energieversorgung und Steuerung der Einzellichtquellen vereinfacht.
Dadurch, dass die Seitenarme in einer durch eine der Form des Hauptlichtleiters folgenden Hauptausbreitungsrichtung des über die Lichteintrittsfläche in den Hauptlichtleiter eingetretenen Lichtes in unterschiedlicher Entfernung von der Lichteintrittsfläche vom Hauptlichtleiter abzweigen, ergibt sich die Möglichkeit, auch die Lichtaustrittsflächen entsprechend einer der Form des Hauptlichtleiters folgenden Linie im Raum anzuordnen, was ein attraktives Erscheinungsbild der Kraftfahrzeugleuchte ergibt.
Dadurch, dass wenigstens n oder n - 1 oder n-2 Lichtaustrittsflächen, von denen keine die der Lichteintrittsfläche des Lichtleiters nächstliegende Lichtaustrittsfläche ist, untereinander gleich sind und im Raum mit gleicher Orientierung angeordnet sind, wird, unter der Voraussetzung, dass die in die einzelnen Seitenarme eingekoppelten Lichtströme gleich groß sind, jede Lichtaustrittsfläche gleich stark beleuchtet und erscheint dem Betrachter dann auch als gleich hell leuchtend.
Es ist bevorzugt, dass in einem Abstand vor jeder Lichtaustrittsfläche ein optisches Element im Lichtweg des aus den Lichtaustrittsflächen austretenden Lichtes angeordnet ist und mit aus der Lichtaustrittsfläche austretendem Licht beleuchtet wird, wobei die Abstände untereinander gleich sind. Dadurch wird, unter der Voraussetzung, dass die in die einzelnen Seitenarme eingekoppelten Lichtströme gleich groß sind, jedes optische Element gleich stark beleuchtet und erscheint dem Betrachter dann auch als gleich hell leuchtend. Die erste Lichtaustrittsfläche kann in ihrer Form und Größe von der Form und Größe der übrigen Lichtaustrittsflächen abweichen. Dies liegt daran, dass der den Leuchtdioden am nächsten gelegene Seitenarm sich von den restlichen Seitenarmen dadurch unterscheidet, dass er keine die Auskopplung einleitende Fläche aufweist, weil das von den Leuchtdioden kommende Licht nahezu die gewünschte Richtung aufweist und somit die Umlenkung durch die die Auskopplung einleitende Fläche sinnlos ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichteintrittsfläche eine ebene Fläche ist. Dadurch kann auch eine ebene Leiterplatte, auf der die den Lichtleiter speisenden Leuchtdioden angeordnet sind, verwendet werden. Ebene Leiterplatten sind robust und vergleichsweise kostengünstig. Außerdem vereinfacht sich auch die Gestaltung des Kühlkörpers, der für zur Begrenzung der Erwärmung der Leuchtdioden vorhanden ist.
Bevorzugt ist auch, dass sich an jeder Abzweigung eine Breite des Lichtleiters in eine Restbreite des Hauptlichtleiters und eine anfängliche Breite des abzweigenden Seitenarms aufteilt. Dadurch herrscht vor und hinter der Abzweigung jeweils die gleiche Lichtstromdichte, was ebenfalls zu einer gleichmäßig hellen Beleuchtung der der optischen Elemente beiträgt.
Weiter ist bevorzugt, dass jeder Seitenarm einen von seiner Seitenarm-individuellen Abzweigung zu seiner Lichtaustrittsfläche hin zunehmenden Querschnitt aufweist, der quer zu einer Hauptausbreitungsrichtung des von der Abzweigung zur Lichtaustrittsfläche propagierenden Lichtes liegt. Durch diese Merkmale wird eine Parallelisierung des Lichtes erzielt. Im Lichtleiter liegt eine Hauptausbreitungsrichtung der Strahlen vor, und die Gesamtheit aller Strahlen weist eine gewisse Winkelverteilung um diese Hauptausbreitungsrichtung auf. Nach der erfolgten Parallelisierung weisen alle Strahlen (oder ein großer Anteil der Strahlen) einen kleineren Winkel zur Hauptausbreitungsrichtung auf, ohne dass sie parallel verlaufen müssen. Mit anderen Worten: Unter der Parallelisierung wird eine Verkleinerung des Öffnungswinkels verstanden, mit dem sich das Licht ausbreitet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Breite des Hauptlichtleiters zwischen zwei einander benachbarten Abzweigungen konstant ist. Auch dies trägt zu einer entlang der Länge des Lichtleiters konstanten Lichtstromdichte und damit zu dem Ziel einer gleichmäßig hellen Beleuchtung der optischen Elemente bei.
Bevorzugt ist auch, dass der Lichtleiter einen Transportbereich und einen Einkoppelbereich aufweist.
Weiter ist bevorzugt, dass der Einkoppelbereich zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Transportbereich liegt und dass seine Dicke von der Lichteintrittsfläche zum Transportbereich hin zunimmt. Durch diese Dickenzunahme wird bereit im Einkoppelbereich eine Parallelisierung erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die sich als Abstand der Breitseiten ergebende Dicke des Lichtleiters in seinem Transportbereich konstant ist. Auch dies trägt zu einer entlang der Länge des Lichtleiters konstanten Lichtstromdichte und damit zu dem Ziel einer gleichmäßig hellen Beleuchtung der optischen Elemente bei.
Bevorzugt ist auch, dass das optische Element ein lichtbrechender Körper ist, insbesondere ein lichtbrechender Körper, der durch seine Form dazu eingerichtet ist, auf ihn von der ihn beleuchtenden Lichtaustrittsfläche her einfallendes Licht in den Raumwinkel einer regelkonformen Lichtverteilung zu verteilen, wobei der Raumwinkel für jeden lichtbrechenden Körper der gleiche Raumwinkel ist.
Dadurch, dass die lichtbrechenden Körper untereinander gleich und im Raum in gleicher Orientierung angeordnet sind, ergibt sich attraktives Erscheinungsbild der eingeschalteten Kraftfahrzeugleuchte.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die lichtbrechenden Körper durch ebene Flächen begrenzte Vielecke. Dieses Design verleiht der Kraftfahrzeugleuchte ein besonders attraktives Erscheinungsbild leuchtender Kristalle.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 einen bekannten Lichtleiter mit einer Lichtquelle und optischen Elementen;
2 einen aus dem Lichtleiter der 1 abgeleiteten zweiten Lichtleiter mit einer Lichtquelle und optischen Elementen;
3 einen aus dem Lichtleiter der 2 abgeleiteten dritten Lichtleiter;
4 eine Schrägansicht eines vierten Lichtleiters, der drei Möglichkeiten zeigt, wie auf die Abstrahlrichtung Einfluss genommen werden kann;
5 eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf den vierten Lichtleiter;
6 eine Schrägansicht eines fünften Lichtleiters;
7 eine Vorderansicht und eine Draufsicht des fünften Lichtleiters;
8 eine Vorderansicht eines Lichtleiters eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte;
9 eine Vorderansicht des Gegenstands der 8 mit zusätzlichen lichtbrechenden Körpern;
10 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte; und
11 eine Schrägansicht des Lichtleiters und der lichtbrechenden Körper aus den 8 bis 10.

Im Einzelnen zeigt die 1 zeigt einen bekannten, flächigen und plattenförmigen Lichtleiter 10. Das von einer rechts an einer Lichteintrittsfläche angeordneten Leuchtdiode 12 abgegebene Licht durchdringt den Lichtleiter 10 in der Hauptausbreitungsrichtung von rechts nach links, wobei es interne Totalreflexionen erfährt. An einer eine Auskopplung einleitenden Fläche 14 wird das Licht, ebenfalls durch eine interne Totalreflexion in eine Richtung gelenkt, bei der beim Auftreffen auf die untere horizontale Auskoppelfläche 16 die Bedingung für interne Totalreflexion verletzt wird. Das dann unter Brechung über die Fläche 16 austretende Licht soll durch drei Öffnungen 18, 20, 22 in einer Blende 24 treten und hierbei folgende Bedingungen erfüllen:
Ein großer Anteil des von der Leuchtdiode 12 abgegebenen Lichtstroms soll durch die Öffnungen 18, 20, 22 treten, was gleichbedeutend mit der Forderung nach einer hohen Effizienz (Verhältnis des durch die Öffnungen hindurch tretenden Lichtstroms zu dem von der Leuchtdiode 12 abgegebenen Lichtstrom). Die Öffnungen 18, 20, 22 sollen für einen Betrachter aus jeder Richtung (oder: innerhalb eines großen Winkelbereichs) gleich hell erscheinen.
Die in der 1 dargestellte Anordnung arbeitet mit nur geringer Effizienz, da ein beträchtlicher Anteil des aus dem Lichtleiter austretenden Lichts die Öffnungen 18, 20, 22 verfehlt. Dieser Effekt findet auch senkrecht zur Papierebene statt und ist deshalb sehr ausgeprägt. Für einen Betrachter, der sich von der Seite her in den von der Anordnung nach 1 beleuchteten Bereich bewegt, erscheint zuerst nur die linke Öffnung 22 beleuchtet, da aufgrund des geringsten Abstands der linken eine Auskopplung einleitenden Fläche 26 im Lichtleiter zur von der Umlenkfläche aus beleuchteten Öffnung 22 der größte Winkelbereich durch die Öffnung gelangt (die Öffnungen seien gleich groß). Setzt der Beobachter seine Bewegung fort, erscheinen erst nach und nach auch die weiteren Öffnungen 20, 18 beleuchtet. Die Öffnungen 18, 20, 22 erscheinen also nicht für alle Betrachtungsrichtungen gleich hell.
Der in der 2 dargestellte zweite Lichtleiter 28 entsteht aus dem in 1 gezeigten Lichtleiter 10, indem man den Lichtleiter 10 um seine Längsachse um 180° rotiert, dabei jedoch die Orientierung der die Auskopplung einleitenden Flächen 14, 26 beibehält. In der 1 verändern die die Auskopplung einleitenden Flächen 14, 26 die Richtung der auf sie treffenden Strahlen so, dass sie beim folgenden Auftreffen auf die allen drei Auskoppelbereichen gemeinsame Auskoppelfläche 16 die Bedingung für Totalreflexion verletzen und unter Brechung den Lichtleiter verlassen.
In der 2 verändern die drei die Auskopplung einleitenden Flächen 30, 32, 34 die Richtung der auf sie treffenden Strahlen so, dass sie beim folgenden Auftreffen auf die jeweils zugeordnete Auskoppelfläche 36, 38, 40 die Bedingung für Totalreflexion verletzen und unter Brechung den Lichtleiter 28 verlassen.
Der zweite Lichtleiter 28 aus der 2 erfüllt die Aufgaben, alle optischen Elemente für einen Betrachter untereinander gleich hell leuchtend erscheinen zu lassen und dabei eine gute verbesserte Effizienz aufweist, schlechter als der erste Lichtleiter 10 aus der 1. Beim ersten Lichtleiter 10 ist die linke eine Auskopplung einleitende Fläche 26 identisch zur rechten eine Auskopplung einleitende Fläche 30 des zweiten Lichtleiters 28. Damit sind auch die ausgekoppelten Lichtbündel gleich. Im ersten Lichtleiter 10 propagiert ein enges Lichtbündel nach der Umlenkung an der die Auskopplung einleitenden Fläche 14 durch einen breiten Lichtleiter und tritt unter Brechung, die mit einer Bündelverbreiterung einhergeht, durch die Auskoppelfläche 16 aus.
Im zweiten Lichtleiter 28 tritt das an der die Auskopplung einleitenden Fläche 34 umgelenkte enge Bündel kurz nach der Umlenkung durch die linke Auskoppelfläche 40 aus und weist in Luft einen vergrößerten Öffnungswinkel auf. Dies hat zur Folge, dass beim zweiten Lichtleiter 28 ein geringerer Anteil der Strahlen durch die Öffnung 18 fällt, als beim Lichtleiter 10 durch die Öffnung 22 fällt. Weiterhin tritt beim Gegenstand der 2 links ein engeres Bündel durch die Öffnung 22 als beim Gegenstand der 1 durch die rechte Öffnung 18 hindurchtritt.
Der Gegenstand der 3 ergibt sich, wenn der Lichtleiter 28 aus 2 um eine zur Papierebene senkrechte Achse gedreht wird. Da dies auch zur Drehung der Hauptlichtrichtung der Strahlen im Lichtleiter 28 vor der Reflexion an den die Auskopplung einleitenden Flächen 30, 32, 34 führt, müssen diese Flächen 30, 32, 34 einen anderen Winkel aufweisen als in 2, wenn die Abstrahlrichtung beibehalten werden soll. Die Flächennormalen dieser Flächen sind parallel zur Winkelhalbierenden zwischen der Hauptausbreitungsrichtung der Strahlen vor und nach der Reflexion. Wenn der Rotationswinkel des Lichtleiters 28 zwischen den Positionen der 2 und 3 so gewählt wird, dass nach der Rotation alle Spitzen der die Auskopplung einleitenden Flächen 30, 32, 34 denselben Abstand von der Blende 24 aufweisen, sind alle drei Auskoppelbereiche identisch; es treten drei identische Bündel aus und von diesen tritt dreimal derselbe Anteil durch die Öffnungen 18, 20, 22 der Blende 24. Das Erscheinungsbild ist somit für einen Betrachter aus jeder Betrachtungsrichtung identisch. Da die Auskoppelstellen beim Gegenstand der 3 gegenüber den Gegenständen der Figuren 1 und 2 näher an die Blende 24 herangerückt sind, ist auch der Anteil des durch die Öffnungen 18, 20, 22 der Blende 24 gelangenden Lichts und somit die Effizienz höher. Die beiden an der Blende 24 angreifenden Pfeile entsprechen der Hauptabstrahlrichtung 36, also dann, wenn es sich um eine Anordnung für eine Bugleuchte handelt, der Vorwärtsfahrtrichtung 36, oder, wenn es sich um eine Anordnung für eine Heckleuchte handelt, der Gegenrichtung. Diese Pfeile definieren somit die Einbausituation im Fahrzeug.
Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Stand der Technik dienen sowohl die parallel zur Zeichnungsebene liegenden, großen Boden- und Deckelflächen, als auch die dreifach als Auskoppelfläche genutzte schmale Vorderseite der Lichtleitung. Diese Flächen dürfen daher weder sprunghaft noch sanft manipuliert werden, wenn eine unerwünschte Auskopplung und eine Veränderung der Lichtrichtung vermieden werden soll. Das reduziert die Richtungen, in die der Lichtleiter Licht abstrahlen kann beträchtlich, insbesondere kann nur Licht in Bündel abgegeben werden, deren Mittelstrahl in der Lichtleiterebene liegt.
4 zeigt eine Schrägansicht und 5 in 5a die Vorderansicht und in 5b die Draufsicht eines Lichtleiters 38, der drei beispielhafte Möglichkeiten zeigt, wie auf die Abstrahlrichtung Einfluss genommen werden kann. Bei beiden 4, 5 sind die Lichtstrahlen gestrichelt und die Normalen der Flächen, an denen Totalreflexion oder Brechung stattfindet, gepunktet gezeichnet.
Bei der ersten Auskoppelstelle 39 rechts wurde die die Auskopplung einleitende Fläche 40 geneigt. Sie steht dann nicht mehr senkrecht zur Bodenfläche 42 und zur Deckelfläche 44 des Lichtleiters 38. Dies führt dazu, dass die Strahlen nach oben reflektiert werden und den Lichtleiter 38 nicht mehr durch die vordere schmale Fläche 46, sondern durch die Deckelfläche 44 verlassen.
Die Vergrößerung der Breite B im Lichtweg lichtstromaufwärts der die Auskopplung einleitenden Fläche 40 bewirkt, das der in Richtung der Breite B am weitesten außen liegende Bereich der die Auskopplung einleitenden Fläche 40 nur von Strahlen getroffen werden kann, die eine Linkskomponente aufweisen. Man gewinnt hier also durch die lokale Verbreiterung die Möglichkeit, bestimmte Bereiche der die Auskopplung einleitenden Fläche 40 mit bestimmten Strahlrichtungen zu beleuchten. Dies schafft die Möglichkeit, sehr eng gebündelte Teilbündel auszukoppeln. Damit kann beispielsweise die Abstrahlung in die 0°/0°-Richtung verstärkt werden, in der der Gesetzgeber die höchsten Lichtstärkewerte fordert.
Bei der zweiten Auskoppelstelle 48 (Mitte) wurde die Lichtaustrittsfläche 50 geneigt, sodass sie nicht mehr senkrecht zu der Bodenfläche 42 und Deckelfläche 44 des Lichtleiters 38 steht. Durch die beim Austritt stattfindende Brechung wird der Strahl nach oben gelenkt, so dass er ebenfalls die Ebene des Lichtleiters nach oben verlässt. Wieder ist die Lichtaustrittsfläche 50 durch eine lokale Vergrößerung der Breite B etwas nach vorne gerückt. Dadurch fallen keine Strahlen direkt, also ohne an der die Auskopplung einleitenden Fläche 52 reflektiert zu werden, auf die Lichtaustrittsfläche 50. Damit werden Lichtwege vermieden, auf denen Licht in unerwünschter Weise verloren gehen oder in unerwünschter Weise abgelenkt würde.
Bei der dritten Auskoppelstelle 54 sollen zwei Dinge gezeigt werden: Die Lichtaustrittsfläche 56 kann facettiert sein, was hier durch beispielhaft vertikal stehende Zylinderabschnitte verdeutlicht wird, um die Lichtstärkeverteilung zu beeinflussen. Die Facetten können konvex oder konkav ausgeführt werden. Wiederum ist die Austrittsfläche nach vorne verschoben, damit keine Strahlen direkt auf die Facetten fallen. Die Dicke des Lichtleiters, also seine Wandstärke, bzw. der Abstand seiner Breitseiten voneinander kann im Auskoppelbereich erhöht sein (hier nach oben verdickt). Dadurch treffen mehr Strahlen auf die die Auskopplung einleitende Fläche, die eine Richtungskomponente nach oben aufweisen; insgesamt verschiebt sich die mittlere Richtung des ausgekoppelten Bündels dadurch nach oben.
Im Bereich der Auskopplung gewinnt man für die Ausführung der brechenden und totalreflektierenden Flächen eine große Gestaltungsfreiheit und damit eine große Freiheit, bevorzugte Abstrahlrichtungen durch die Form des Lichtleiters konstruktiv festzulegen. Dies ist wiederum vorteilhaft, weil die Form und die Lage des Lichtleiters an gegebene damit an unvorteilhafte Einbausituationen angepasst werden kann.
6 zeigt eine Schrägansicht und 7 die Vorderansicht (7a) und die Draufsicht (7b) eines Lichtleiters 58. Der Lichtleiter 58 weist einen Hauptlichtleiter 60 auf, von dem drei Seitenarme 62, 64, 66 abzweigen. Die Strahlen verlassen den Hauptlichtleiter 60 nach der Reflexion an einer der die Auskopplung einleitenden Flächen 68, 70, 72 nicht unmittelbar, sondern gelangen in einen Seitenarm 62, 64, 66, in dem sie weitere interne Totalreflexionen an den begrenzenden Flächen des jeweiligen Seitenarms 62, 64, 66 erfahren. Die Auskopplung von Licht aus den Seitenarmen 62, 64, 66 erfolgt unter Brechung durch Lichtaustrittsflächen 74, 76, 78 der Seitenarme 62, 64, 66 hindurch. Auch hier entsteht die Gelegenheit zur vielfältigen Einflussnahme auf die abgegebene Lichtstärkeverteilung:
Bei dem in den 6 und 7 rechten Seitenarm 62 erfolgt eine vertikale Bündelung durch vertikale (d.h. in z-Richtung erfolgende) Vergrößerung des Querschnitts des Seitenarms 68 mit zunehmendem Abstand vom Hauptlichtleiter 60.
Bei dem in den 6 und 7 mittleren Seitenarm 64 erfolgt eine horizontale Bündelung durch horizontale (d.h. in y-Richtung erfolgende) Vergrößerung des Querschnitts des Seitenarms 64 mit zunehmendem Abstand vom Hauptlichtleiter 60.
Bei dem in den 6 und 7 linken Seitenarm 66 kann durch eine geeignete Neigung der die Auskopplung einleitenden Fläche 72, die nicht mehr senkrecht zur Papierebene der 7 steht, Licht in eine Richtung abgegeben werden, die nicht parallel zur Ebene des Hauptlichtleiters 60 (x-y-Ebene in 6, Zeichnungsebene in 7) liegt. Zusätzlich können die Lichtaustrittsflächen 74, 76, 78 der Seitenarme 62, 64, 66 geneigt oder gekrümmt sein oder mit einer Facettierung versehen sein. Die in den 6 und 7 dargestellten Möglichkeiten können miteinander kombiniert sein. Dabei ist bevorzugt, dass bei einem konkreten Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte alle die Auskopplung einleitenden Flächen, Seitenarme und Lichtaustrittsflächen möglichst identisch ausgeführt sind, damit sie dem Betrachter auch als identisch erscheinen. Wenn eine der Möglichkeiten aus den 4 bis 7 bei der vorliegenden Erfindung genutzt wird, so wird sie bevorzugt bei allen Seitenarmen in gleicher Art und Weise benutzt.
Damit bei der Reflexion an der die Auskopplung einleitenden Fläche nur ein geringer Bruchteil des auftreffenden Lichts die Bedingung für Totalreflexion nicht erfüllt, erfolgt bereits im Bereich der Lichteinkopplung in den Hauptlichtleiter 60 eine Parallelisierung des Lichts. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, wird unter einer Parallelisierung hier eine Verkleinerung des Öffnungswinkels verstanden, mit dem sich das Licht im Lichtleiter 58 ausbreitet, ohne dass das Lichtbündel dabei aus parallelem Licht besteht. Eine Parallelisierung ist insofern eine Annäherung an den Zustand eines parallelen Lichtbündels.
Im Lichtleiter 58 liegt eine Hauptausbreitungsrichtung der Strahlen vor und die Gesamtheit aller Strahlen weist eine gewisse Winkelverteilung um diese Hauptausbreitungsrichtung auf. Nach der erfolgten Parallelisierung weisen alle Strahlen (oder ein großer Anteil der Strahlen) einen kleineren Winkel zur Hauptausbreitungsrichtung auf (sind jedoch nicht parallel). Die Art und Weise, wie parallelisiert wird, ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. Die Parallelisierung kann zum Beispiel durch einen vorgeschalteten Reflektor oder eine vorgeschaltete Linse erfolgen, was aber mit hohen Kosten und geringer Effizienz verbunden ist. Sie kann auch mit einer Kalotte erfolgen, wie es in der DE 10 2013 204 620 dargestellt ist. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Lichtleitern, deren zur Hauptausbreitungsrichtung senkrechter Querschnitt in der Hauptausbreitungsrichtung zunimmt. Wenn trotz erfolgter Parallelisierung Licht durch die die Auskopplung einleitenden Flächen verlorengeht, kann eine Neupositionierung des Lichtleiters Abhilfe schaffen. Die 6 und 7 links zeigen die Verkippung der die Auskopplung einleitenden Fläche, wodurch das Lichtbündel in eine von der Lichtleiterebene abweichende Richtung ausgekoppelt wird.
Nach diesen vorbereitendenden Ausführungen werden im Folgenden unter Bezug auf die 8 bis 11 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugleuchten beschrieben. Im Einzelnen zeigt 8 eine Vorderansicht eines Lichtleiters eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte, 9 eine Vorderansicht des Gegenstands der 8 mit zusätzlichen lichtbrechenden Körpern, 10 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte; und 11 eine Schrägansicht des Lichtleiters und der lichtbrechenden Körper aus den 8 bis 10.
Eine Kraftfahrzeugleuchte 80 weist ein Gehäuse 82 und eine transparente Abdeckscheibe 84 auf, die eine Lichtaustrittsfläche des Gehäuses 82 abdeckt. Im Innenraum der Kraftfahrzeugleuchte 80 befindet sich ein flächiger Lichtleiter 86, der zwei einander im Abstand einer Dicke des Lichtleiters 86 gegenüberliegende Breitseiten 88, 90 und zwei einander im Abstand einer Breite B des Lichtleiters 86 gegenüberliegende Schmalseiten 92, 94 aufweist. Der Lichtleiter 86 weist einen eine Lichteintrittsfläche 124 aufweisenden Hauptlichtleiter 96 auf. Im Strahlengang von aus dem Lichtleiter austretendem Licht sind n = 6 optische Elemente angeordnet, die das austretende Licht in einen vorgegebenen Raumwinkel richten oder auf einen vorgegebenen Raumwinkel begrenzen. Die Zahl n ist bevorzugt größer oder gleich 3. Der Lichtleiter weist n von dem Hauptlichtleiter 96 in Seitenarm-individuellen Abzweigungen abzweigende Seitenarme 110, 112, 114, 116, 118, 120 auf. Jeder Seitenarm 110, 112, 114, 116, 118, 120 weist eine Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 auf. Die Seitenarme 110, 112, 114, 116, 118, 120 zweigen in einer durch eine der Form des Hauptlichtleiters 86 folgenden Hauptausbreitungsrichtung 122 des über die Lichteintrittsfläche 124 in den Hauptlichtleiter 96 eingetretenen Lichtes in unterschiedlicher Entfernung von der Lichteintrittsfläche 124 vom Hauptlichtleiter 96 ab. Wenigstens n - 1 Lichtaustrittsflächen 126, 128, 130, 132, 134, von denen keine die der Lichteintrittsfläche 124 des Lichtleiters 86 nächstliegende Lichtaustrittsfläche 136 ist, sind untereinander gleich. In einem Abstand vor jeder Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 (d.h. im Lichtstrom des aus jeder Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 austretenden Lichtstroms stromabwärts der Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134) ist jeweils eines der optischen Elemente im Lichtweg des aus den Lichtaustrittsflächen 136, 126, 128, 130, 132, 134 austretenden Lichtes angeordnet und wird mit aus der Lichtaustrittsfläche austretendem Licht beleuchtet. Die Abstände sind bevorzugt, aber nicht zwingend, untereinander gleich.
Die Lichteintrittsfläche 124 des Lichtleiters 86 ist eine ebene Fläche. Dadurch wird es ermöglicht, die Leuchtdioden 1, 2, 3, 4, 5 in einer zur Lichteintrittsfläche 124 parallelen Ebene auf einer ebenfalls ebenen Platine (kostengünstig) anzuordnen. An jeder Abzweigung eines Seitenarms 110, 112, 114, 116, 118, 120 teilt sich eine Breite des Lichtleiters in eine Restbreite des Hauptlichtleiters 96 und eine anfängliche Breite des abzweigenden Seitenarms 110, 112, 114, 116, 118, 120 auf. Jeder Seitenarm 110, 112, 114, 116, 118, 120 weist einen von seiner Seitenarm-individuellen Abzweigung zu seiner Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 hin zunehmenden Querschnitt auf, der quer zu einer Hauptausbreitungsrichtung des von der Abzweigung zur Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 propagierenden Lichtes liegt. Die Breite des Hauptlichtleiters 96 ist zwischen zwei einander benachbarten Abzweigungen konstant. Der Lichtleiter 86 weist einen Transportbereich und einen Einkoppelbereich 138 auf. Der Einkoppelbereich 138 liegt zwischen der Lichteintrittsfläche 124 und dem Transportbereich. Seine Dicke nimmt von der Lichteintrittsfläche 124 zum Transportbereich hin zu. In dem Transportbereich ist die die sich als Abstand der Breitseiten 88, 90 ergebende Dicke des Lichtleiters 86 konstant. Die optischen Elemente sind lichtbrechende Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108. Jeder lichtbrechende Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 ist durch seine Form dazu eingerichtet, auf ihn von der ihn beleuchtenden Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 her einfallendes Licht in den Raumwinkel einer regelkonformen Lichtverteilung zu verteilen, oder, falls das Licht schon regelkonform aus dem Lichtleiter austritt, diese Verteilung nicht zu stören. Der Raumwinkel ist für jeden lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 der gleiche Raumwinkel. Die lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 sind untereinander gleich und im Raum in gleicher Orientierung angeordnet. Die lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ebene Flächen begrenzte Vielflächner.
Die Aufgabe des Lichtleiters 86 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel darin, die n lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108, deren Ort, Größe und Form gegeben sind, effizient so zu durchstrahlen, dass eine gesetzlich vorgegebene Lichtstärkeverteilung entsteht und alle lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 für einen Betrachter gleich hell erscheinen zu lassen.
Der Ort von fünf Leuchtdioden 1, 2, 3, 4, 5 ist jeweils durch ein „x“ gekennzeichnet. Die Leuchtdioden 1, 2, 3, 4, 5 strahlen bevorzugt Licht unterschiedlicher Farbe ab. Dadurch kann ein Lichtleiter mehrere Leuchtenfunktionen erfüllen. (Hier: Blinklicht, gelb, Leuchtdioden 1,3 und 5; Tagfahrlicht, weiß, Leuchtdioden 2 und 4)
Der Lichtleiter 86 ist flächig, gebogen und leicht verdrillt und folgt der durch das Design der Kraftfahrzeugleuchte 80 vorgegebenen Anordnung der lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 in konstantem Abstand. Die Wandstärke ist bis auf den einer Parallelisierung dienenden Wandstärkeanstieg unmittelbar nach der Einkopplung konstant. Der den Leuchtdioden 1, 2, 3, 4, 5 am nächsten gelegene Seitenarm 110 unterscheidet sich von den restlichen Seitenarmen 112, 114, 116, 118, 120 dadurch, dass er keine die Auskopplung einleitende Fläche aufweist, weil das von den Leuchtdioden 1, 2, 3, 4, 5 kommende Licht nahezu die gewünschte Richtung aufweist und somit die Umlenkung durch eine eine Auskopplung einleitende Fläche sinnlos ist. Bei den anderen n - 1 Seitenarmen 112, 114, 116, 118, 120 ist diese Umlenkung jedoch nötig.
In 11 kann man erkennen, dass die Seitenarme 110, 112, 114, 116, 118, 120 leicht aus der Fläche, in die der Lichtleiter 86 eingebettet ist, herausragen. Dies entspricht der 7 links dargestellten Ausgestaltung. Alle n Seitenarme 110, 112, 114, 116, 118, 120 weisen von ihrer Abzweigung bis zu ihrer Lichtaustrittsfläche 136, 126, 128, 130, 132, 134 einen zunehmenden Querschnitt auf. Dies entspricht einer Kombination der unter Bezug auf die Figur 6, Mitte und rechts dargestellten Ausgestaltungen. Die Querschnittszunahme ist bei den n - 1 Seitenarmen 112, 114, 116, 118, 120, die nicht der zur Lichteintrittsfläche 124 des Lichtleiters 86 nächstliegende Seitenarm 110 sind, identisch.
8 zeigt, dass die n - 1 Seitenarme 112, 114, 116, 118, 120 identisch orientierte Lichtaustrittsflächen 126, 128, 130, 132, 134 gleicher Größe aufweisen, und 10 zeigt, dass die Lichtaustrittsflächen 136, 126, 128, 130, 132, 134 denselben Abstand von den zugeordneten lichtbrechenden Körpern 98, 100, 102, 104, 106, 108, aufweisen. Die Parallelisierung wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel größtenteils in die Seitenarme 110, 112, 114, 116, 118, 120 verlagert, da der Lichtleiter 86 schräg und gekrümmt im Raum liegt und in sich leicht verdrillt ist und deshalb eine Parallelisierung unmittelbar nach der Einkopplung im Verlauf des Weges des Lichts durch den Lichtleiter 86 zunehmend aufgehoben würde, was wiederum bedeutet, dass Seitenarme in unterschiedlicher Entfernung von den Leuchtdioden mit unterschiedlichen Lichtverteilungen gespeist werden und somit einem Betrachter unterschiedlich erscheinen. Zusammenfassend lässt sich sagen, das die n - 1 lichtbrechenden Körper 98, 100, 102, 104, 106, 108 einem Beobachter identisch erscheinen. Die Abweichung bei der Beleuchtung des ersten lichtbrechenden Körpers 98 ist dem zu gering vorhandenen Bauraum oberhalb des Lichtleiters 86 geschuldet, der deshalb, wie aus 10 ersichtlich ist, nach hinten gebogen ausgeführt ist. Dass die Effizienz des Lichtleiters 86 trotz der geringen Parallelisierung nach der Einkopplung hoch ist liegt daran, dass die Strahlenbündel recht flach auf die die Auskopplung einleitenden Flächen treffen (da sie nur um einen kleinen Winkel umgelenkt werden müssen) und somit große Bereiche des Bündels die Bedingung für Totalreflexion erfüllen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204620 [0043]

Claims

Kraftfahrzeugleuchte (80) mit einem flächigen Lichtleiter (86), der zwei einander im Abstand einer Dicke des Lichtleiters (86) gegenüberliegende Breitseiten (88, 90) und zwei einander im Abstand einer Breite (B) des Lichtleiters (86) gegenüberliegende Schmalseiten (92, 94) und einen eine Lichteintrittsfläche (124) aufweisenden Hauptlichtleiter (96) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (86) n von dem Hauptlichtleiter (96) in Seitenarm-individuellen Abzweigungen abzweigende Seitenarme (110, 112, 114, 116, 118, 120) aufweist, von denen jeder eine Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) aufweist, wobei n größer oder gleich 3 ist, wobei die Seitenarme (110, 112, 114, 116, 118, 120) in einer durch eine der Form des Hauptlichtleiters (96) folgenden Hauptausbreitungsrichtung (122) des über die Lichteintrittsfläche (124) in den Hauptlichtleiter (96)eingetretenen Lichtes in unterschiedlicher Entfernung von der Lichteintrittsfläche (124) vom Hauptlichtleiter (96) abzweigen, und wobei wenigstens n oder n - 1 oder n - 2 Lichtaustrittsflächen (126, 128, 130, 132, 134), von denen keine die der Lichteintrittsfläche (124) des Lichtleiters (86) nächstliegende Lichtaustrittsfläche (136) ist, untereinander gleich sind und im Raum in gleicher Orientierung angeordnet sind.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass in einem Abstand vor jeder Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) ein optisches Element im Lichtweg des aus den Lichtaustrittsflächen (136, 126, 128, 130, 132, 134) austretenden Lichtes angeordnet und mit aus der Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) austretendem Licht beleuchtet wird, wobei die Abstände untereinander gleich sind.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an jeder Abzweigung eine Breite des Lichtleiters (86) in eine Restbreite des Hauptlichtleiters (96) und eine anfängliche Breite des abzweigenden Seitenarms (110, 112, 114, 116, 118, 120) aufteilt.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Seitenarm (110, 112, 114, 116, 118, 120) einen von seiner Seitenarm-individuellen Abzweigung zu seiner Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) hin zunehmenden Querschnitt aufweist, der quer zu einer Hauptausbreitungsrichtung des von der Abzweigung zur Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) propagierenden Lichtes liegt.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Hauptlichtleiters (86) zwischen zwei einander benachbarten Abzweigungen konstant ist.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (86) einen Transportbereich und einen Einkoppelbereich (138) aufweist.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelbereich (138) zwischen der Lichteintrittsfläche (124) und dem Transportbereich liegt und dass seine Dicke von der Lichteintrittsfläche (124) zum Transportbereich hin zunimmt.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich als Abstand der Breitseiten (88, 90) ergebende Dicke des Lichtleiters (86) in seinem Transportbereich konstant ist.
Kraftfahrzeugleuchte(80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein lichtbrechender Körper (98, 100, 102, 104, 16, 108) ist.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass jeder lichtbrechende Körper (98, 100, 102, 104, 16, 108) durch seine Form dazu eingerichtet ist, auf ihn von der ihn beleuchtenden Lichtaustrittsfläche (136, 126, 128, 130, 132, 134) her einfallendes Licht in den Raumwinkel einer regelkonformen Lichtverteilung zu verteilen, oder, falls das Licht schon regelkonform aus dem Lichtleiter austritt, diese Verteilung nicht zu stören, wobei der Raumwinkel für jeden lichtbrechenden Körper (98, 100, 102, 104, 16, 108) der gleiche Raumwinkel ist.
Kraftfahrzeugleuchte (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (124) eine ebene Fläche ist.