DE102017119917A1 - Optical fiber arrangement and motor vehicle lighting device with such a light guide arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lichtleiteranordnung (10) zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (1). Sie umfasst eine flächige Lichtscheibe (11) aus einem massiven transparenten Material, mit zwei gegenüberliegenden planparallelen Grenzflächen (18, 20; 19, 21) und einer Lichteintrittsfläche (13) an einer Stirnseite. Das Licht (16) propagiert mittels Totalreflexion an den Grenzflächen (18, 20; 19, 21) in der Lichtscheibe (11). Mittels Auskoppelelementen (22) wird das Licht aus der Lichtscheibe (11) über eine der Grenzflächen (18, 20; 19, 21) aus der Lichtscheibe (11) ausgekoppelt. Die Lichtscheibe (11) ist in einen Einkoppelabschnitt (12) und einen Auskoppelabschnitt (15) unterteilt, die in einem Winkel (α) geneigt zueinander verlaufen. The invention relates to a light guide arrangement (10) for use in a motor vehicle lighting device (1). It comprises a flat lens (11) of a solid transparent material, with two opposite plane-parallel interfaces (18, 20, 19, 21) and a light entry surface (13) on one end face. The light (16) propagates by means of total reflection at the interfaces (18, 20, 19, 21) in the lens (11). By means of decoupling elements (22), the light from the lens (11) is coupled out of the lens (11) via one of the interfaces (18, 20, 19, 21). The lens (11) is subdivided into a coupling-in section (12) and a coupling-out section (15), which run at an angle (α) inclined relative to one another.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleiteranordnung zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung. Die Lichtleiteranordnung umfasst eine flächige Lichtscheibe aus einem massiven transparenten Material. Die Lichtscheibe hat eine obere Deckelfläche, eine zu der Deckelfläche parallele untere Bodenfläche und einer Randfläche, welche die Deckelfläche mit der Bodenfläche verbindet. Ein Teilbereich der Randfläche bildet eine Lichteintrittsfläche der Lichtscheibe, über die Licht in die Lichtscheibe eingekoppelt werden kann, so dass das Licht mittels Totalreflexion an der Deckelfläche und der Bodenfläche in einer Hauptausbreitungsrichtung in der Lichtscheibe propagiert. Zumindest Teilbereiche der Deckelfläche und/oder der Bodenfläche bilden eine Lichtaustrittsfläche der Lichtscheibe, über die in der Lichtscheibe propagierendes Licht aus der Lichtscheibe austritt. Der Austrittsfläche sind Auskoppelelemente zugeordnet, die auf sie auftreffende Lichtstrahlen über die Austrittsfläche aus der Lichtscheibe auskoppeln.The present invention relates to a light guide arrangement for use in a motor vehicle lighting device. The light guide arrangement comprises a flat lens of a solid transparent material. The lens has an upper lid surface, a bottom surface parallel to the lid surface, and an edge surface connecting the lid surface to the bottom surface. A partial region of the edge surface forms a light entry surface of the light disk, via which light can be coupled into the light disk, so that the light propagates by total reflection on the cover surface and the bottom surface in a main propagation direction in the light disk. At least partial regions of the cover surface and / or the bottom surface form a light exit surface of the lens, via which light propagating in the lens emerges from the lens. The exit surface is associated with decoupling elements which decouple light rays impinging on them from the light disc via the exit surface.
Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, die ein Gehäuse mit einer in Lichtaustrittsrichtung gerichteten Lichtaustrittsöffnung, die durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossen ist, und ein im Inneren des Gehäuses angeordnetes Leuchtenmodul zur Erzeugung einer vorgegebenen Leuchtenfunktion, insbesondere eines Tagfahrlichts oder eines Blinklichts, umfasst.Furthermore, the invention relates to a motor vehicle lighting device which comprises a housing with a light exit opening directed in the light exit direction, which is closed by a transparent cover, and a lamp module arranged in the interior of the housing for generating a predetermined luminaire function, in particular a daytime running light or a flashing light.
Bei der Gestaltung von Scheinwerfern werden Leuchtenfunktionen (z.B. Blinklicht, Positionslicht, Tagfahrlicht, Rücklicht, Bremslicht, etc.) meistens als gestalterische Elemente betrachtet, die neben den jeweiligen gesetzlichen Vorgaben und Anforderungen zusätzlich eine prägnante Signatur darstellen sollen. Hierbei kommt häufig der Wunsch nach beleuchteten Freiformflächen auf. Der heutige Stand der Technik erfordert jedoch für lichtstarke Leuchtenfunktionen wie Blinkleuchte und Tagfahrlicht in der Regel eine Trennung der gestalterisch wirkenden Flächen von den optischen Komponenten, die für die Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen notwendig sind. So wird für die eigentliche Leuchtenfunktion meist auf Reflektoren, Vorsatzoptiken (transparente massive Körper mit einer Lichteintrittsfläche, einer Lichtaustrittsfläche und dazwischen Grenzflächen, wobei eine Bündelung von Licht durch Brechung beim Lichteintritt und -austritt sowie durch Totalreflexion an den Grenzflächen erzielt wird), Lichtleiter oder sog. Slit-Lights (vgl. bspw.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leuchtenfunktionen mit hoher optischer Effizienz aus ausgedehnten Freiformflächen zu realisieren. Auf diese Weise sollen auch lichtstarke Funktionen wie Tagfahrlicht und Blinklicht mit akzeptabler elektrischer Leistungsaufnahme realisiert werden können.The present invention has for its object to realize lighting functions with high optical efficiency from extended free-form surfaces. In this way, also bright functions such as daytime running lights and flashing light with acceptable electrical power consumption can be realized.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Lichtleiteranordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass ein die Lichteintrittsfläche umfassender Einkoppelabschnitt der Lichtscheibe relativ zu dem restlichen Teil der Lichtscheibe, welcher einen Auskoppelabschnitt der Lichtscheibe bildet, um einen Winkel (α) geknickt ist, der kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion in dem Material der Lichtscheibe ist, so dass in den Einkoppelabschnitt eingekoppelte weitgehend parallele Lichtstrahlen, die parallel zu der Deckelfläche und der Bodenfläche des Einkoppelabschnitts in diesem propagieren, in der Hauptausbreitungsrichtung über eine Länge (l) auf die an den Einkoppelabschnitt angrenzende Deckelfläche oder Bodenfläche des Auskoppelabschnitts treffen, dass die Auskoppelelemente in der Hauptausbreitungsrichtung eine Ausdehnung (a) aufweisen, dass in dem Auskoppelabschnitt so viele Auskoppelelemente angeordnet sind, dass die Summe der Ausdehnung aller Auskoppelelemente in der Hauptausbreitungsrichtung größer oder gleich der Länge (l) ist, wobei Auskoppelelemente, die in der Hauptausbreitungsrichtung anderen Auskoppelelementen nachgeordnet sind, derart angeordnet sind, dass sie nicht im Schatten von vorangehenden Auskoppelelementen liegen, und dass das über die Austrittsfläche aus der Lichtscheibe ausgekoppelte Licht alleine eine Leuchtenfunktion der Beleuchtungseinrichtung erzeugt.To solve this problem, it is proposed, starting from the light guide arrangement of the type mentioned above, that a light entry surface comprising the light entry surface relative to the remaining part of the lens, which forms a Auskoppelabschnitt of the lens is an angle (α) kinked, which is smaller than the critical angle of the total reflection in the material of the lens, so that in the coupling coupled largely parallel light beams propagating parallel to the cover surface and the bottom surface of the coupling section in this, in the main propagation direction over a length (l) to the adjacent to the coupling section Cover surface or bottom surface of Auskoppelabschnitts make that the decoupling in the main propagation direction have an extension (a), that in the decoupling so many decoupling elements are arranged that the sum of the expansion of all decoupling i n the main propagation direction is greater than or equal to the length (l), wherein outcoupling elements, which are arranged in the main propagation direction other outcoupling elements are arranged such that they are not in the shadow of previous decoupling elements, and that the output surface of the light disc coupled out light alone creates a lighting function of the lighting device.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können den abhängigen Unteransprüchen entnommen werden.Further preferred embodiments of the invention can be taken from the dependent subclaims.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die kontrollierte Ein- und Auskopplung von weitgehend parallelen Lichtstrahlen in eine transparente Scheibe, deren Haupterstreckungsebene gekrümmt oder gewölbt ist und die einer Freiformfläche folgt. Bei der Auskopplung des Lichts soll eine Lichtverteilung gemäß den gesetzlichen Forderungen für die jeweilige Leuchte erfüllt werden.One aspect of the present invention is the controlled coupling and decoupling of substantially parallel light beams into a transparent pane whose main plane of extension is curved or arched and which follows a free-form surface. When decoupling the light, a light distribution according to the legal requirements for the respective lamp should be met.
Ausgangspunkt für die Lichtleiteranordnung ist ein weitgehend paralleles Lichtbündel, das bspw. durch eine Vorsatzoptik oder ein Slit-Light erzeugt werden kann und in einem transparenten optischen Medium propagiert.The starting point for the optical waveguide arrangement is a largely parallel light bundle, which, for example, is produced by an attachment optics or a slit light can be and propagated in a transparent optical medium.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Auskoppelelemente auf der den Teilbereichen jeweils gegenüberliegenden Bodenfläche oder Deckelfläche angeordnet und derart ausgebildet sind, dass die Auskoppelelemente zumindest einen Teil der auf sie auftreffenden Lichtstrahlen mittels Totalreflexion derart umlenken, dass für diese Lichtstrahlen beim Auftreffen auf die gegenüberliegende Deckelfläche oder Bodenfläche die Bedingungen für Totalreflexion nicht mehr erfüllt sind und sie aus der Lichtscheibe austreten. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Auskoppelelemente in den die Austrittsfläche bildenden Teilbereichen der Bodenfläche oder Deckelfläche angeordnet und derart ausgebildet sind, dass zumindest für einen Teil der auf die Auskoppelelemente auftreffenden Lichtstrahlen die Bedingungen für Totalreflexion nicht mehr erfüllt sind und diese Lichtstrahlen beim Auftreffen auf Auskoppelelemente aus der Lichtscheibe austreten. Der Winkel (α), um den der Einkoppelabschnitt der Lichtscheibe relativ zu dem Auskoppelabschnitt abgewinkelt ist, beträgt vorzugsweise weniger als 45°, besonders bevorzugt weniger als 10°.According to an advantageous embodiment of the invention, it is proposed that the decoupling elements are arranged on the subregions respectively opposite bottom surface or cover surface and formed such that the decoupling elements deflect at least a portion of the incident light rays on them by total reflection such that for these light rays when hitting the opposite cover surface or bottom surface the conditions for total reflection are no longer satisfied and they emerge from the lens. Alternatively, it is also conceivable that the decoupling elements are arranged in the exit surface forming portions of the bottom surface or cover surface and formed such that at least for a portion of the light beams incident on the decoupling the conditions for total reflection are no longer met and these rays of light when hitting emerge on decoupling from the lens. The angle (α) by which the coupling-in section of the lens is angled relative to the coupling-out section is preferably less than 45 °, particularly preferably less than 10 °.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; -
2 eine erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung, allerdings ohne Auskoppelelemente; -
3 eine erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform; und -
4 eine erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
-
1 a motor vehicle lighting device according to the invention according to a preferred embodiment; -
2 a light guide arrangement according to the invention, but without coupling elements; -
3 an inventive light guide assembly according to a first preferred embodiment; and -
4 an inventive light guide assembly according to another preferred embodiment.
In
Der Scheinwerfer
Das Leuchtenmodul
Die Lichtleiteranordnung
Der Einkoppelabschnitt
Der Austrittsfläche
Erfindungsgemäß ist die Lichtscheibe
In diesem Sinne verlaufen bspw. der Einkoppelabschnitt
In der gezeigten Ausführungsform ist ein Abstand b zwischen der Deckelfläche
Die Auskoppelelemente
Um das parallele Licht
Es ist denkbar, dass die Auskoppelelemente
Schließlich ist es auch denkbar, dass die Auskoppelelemente
Der Querschnitt des in den Einkoppelabschnitt
Wenn die Scheibe
Aufgrund der Auskopplung von Licht an den Auskoppelelementen
Die Auskoppelemente
Es ist auch denkbar, dass die Auskoppelelemente
Leichte Abweichungen von der Vorgabe schnittweiser gerader Verläufe der Lichtscheibe
Bei flachen Auftreffwinkeln α ergeben sich hohe Anforderungen an die Qualität der Flächen
Zur Verbesserung der Toleranzsituation in der Lichtscheibe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2012/0075876 A1 [0003, 0021]US 2012/0075876 A1 [0003, 0021]
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