DE102018114099A1

DE102018114099A1 - Lichtleitendes Optiksystem

Info

Publication number: DE102018114099A1
Application number: DE102018114099.1A
Authority: DE
Inventors: Pavel Sousek; Tomas Socha
Original assignee: Varroc Lighting Systems sro
Current assignee: Po Lighting Czech SRO Cz
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20180356582A1; US10761254B2; CZ307412B6; CZ2017338A3

Abstract

Das lichtleitende Optiksystem umfasst mindestens einen Lichtleiter (1) aus optisch transparentem Material mit einem dazugehörigen Kollimationselement (2) und einer Beleuchtungseinheit (3) zur Entsendung von Lichtstrahlen (10) in das Kollimationselement (2). Der Lichtleiter (1) umfasst auf seiner Vorderseite eine Ausgangsfläche (12) für die Ausgabe von Lichtstrahlen (10), die vom Lichtleiter (1) aus diesem heraus geleitet werden, und auf seiner Unter- oder Oberseite eine Bindungsfläche (11) zum Binden von Lichtstrahlen (10), die vom Kollimationselement (2) in den Lichtleiter (1) kollimiert werden. Ferner umfasst der Lichtleiter (1) mindestens ein Reflexionsmittel (4) zur Erzeugung von Lichtmustern (A, B, C) auf der Ausgangsfläche (12), das sich aus verschiedenen Flächen (41, 42, 43) zusammensetzt, welche zur Totalreflexion mindestens eines Teils der auf sie fallenden Lichtstrahlen (10) ausgelegt sind, wobei ein Teil der so reflektierten Lichtstrahlen (10) vom Reflexionsmittel (4) auf die Seitenflächen (15) und der verbleibende Teil direkt auf die Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) gerichtet sind. Das Reflexionsmittel (4) des Lichtleiters (1) umfasst zwei seitliche Reflexionsflächen (41, 43), die sich von einer gemeinsamen Kontaktkante (44) aus öffnen und für die Totalreflexion der einfallenden Lichtstrahlen zu den Seitenflächen (15) ausgelegt sind, und eine zentrale Fläche (42), die aus einer oder mehreren zentralen Reflexionsflächen (42') besteht, wobei die zentrale Fläche (42) jede der seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) höchstens an einem Punkt berührt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein lichtleitendes Optiksystem bestehend aus einem Lichtleiter und einem Kollimationselement zur Leitung von Licht, das durch eine Lichtquelle ausgesendet wurde, insbesondere zur Verwendung für eine Leuchtvorrichtung in Kraftfahrzeugen.
Stand der Technik
Ein häufiger Nachteil bekannter Lichtleiter für Leuchtvorrichtungen in Kraftfahrzeugen ist die Tatsache, dass ein bestimmter Teil des von den Lichtquellen emittierten Lichts nicht genutzt wird oder dass die erforderliche Form der Ausgangsfläche des Lichtleiters eine effiziente Nutzung des emittierten Lichts nicht unterstützt, wodurch die Lichteffizienz des Lichtleiters verringert wird. Im Bereich der Konstruktion von Lichtleitern und Lichtleitsystemen wird ständig an Auslegungen gearbeitet, die eine Steigerung der Lichteffizienz und Homogenität des Ausgangslichtstrahls bewirken.
Die Patentschriften US 7,401,948 B2 und WO 2008/069143 A1 befassen sich mit Kollimationselementen mit zentraler Aussparung zur effizienten Bindung der Lichtstrahlen aus der Lichtquelle an den Körper des Kollimationselements. Grundsätzlich kann pro Aussparung in einem Kollimationselement nur eine LED-Lichtquelle verwendet werden. Der Körper dieser Kollimationselemente besteht aus einer zentralen Linse, mit der die emittierten Lichtstrahlen in eine gerade Richtung gelenkt werden, sowie aus Seitensegmenten, die die emittierten Lichtstrahlen in eine indirekte Richtung lenken. Auf den in Patentschrift US 7,401,948 B2 beschriebenen Seitensegmenten befinden sich Eintrittsflächen, durch die Lichtstrahlen in den Körper des Kollimationselements eindringen, sowie innere Reflexionsflächen, die für die Totalreflexion der gebundenen Lichtstrahlen und deren Abstrahlung in die gewünschte Richtung ausgelegt sind. Rotierende Lichtleit- und Kollimationskörper sind in der Lage, insbesondere kreisförmige Lichtmuster zu erzeugen, die bei räumlicher Verformung des Rotationskörpers dann entsprechend ellipsenförmig werden. Senden mehrere Kollimationselemente Licht in einen planar geformten Lichtleiter, wird auf der Ausgangsfläche dieses Lichtleiters eine Reihe von nebeneinanderliegenden Kreisen/Ellipsen in Form der gewünschten Ausgangsfläche gebildet. Diese Auslegung hat den Nachteil, dass man eine relativ hohe Anzahl an Lichtquellen benötigt, wenn als Form ein schmales Band / schmaler Streifen gewünscht wird. Eine hohe Anzahl an Lichtquellen stellt erhöhte Anforderungen an die elektronische Ausstattung der Leuchtvorrichtung und zieht somit erhöhte Produktionskosten für die Leuchtvorrichtung nach sich. Die Anzahl der Lichtquellen kann durch eine Anpassung des optischen Konzepts eliminiert werden, wobei umgekehrt ein Teil des Ausgangslichtbandes in den jeweiligen Kreis der Kollimationselemente eingeschrieben ist. In diesem Fall kann jedoch nicht das gesamte von den Lichtquellen emittierte Licht effektiv genutzt werden.
Beispiele für bekannte Konstruktionen eines Lichtleiters zur Steigerung der Lichtausbeute sind die in den Patentschriften JP 06082264 B2 und CZ 20050096 A3 beschriebenen Lösungen. Diese Lösungen basieren auf der Verwendung konfigurierter Reflexionsflächen zur Totalreflexion von Lichtstrahlen sowie deren Aussendung in der erforderlichen Richtung. Ein Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass eine effiziente Nutzung des von den Lichtquellen emittierten Lichts nicht möglich ist, da eine maximale Bindung der von der jeweiligen Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen nicht möglich ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der Form des Lichtleiters, die der mechanischen Auslegung der Leuchtvorrichtung nicht angepasst werden kann.
Aus den Patentschriften FR 2 966 224 A1 und US 2015/0247613 A1 sind Beleuchtungs- und/oder Signalvorrichtungen für ein Kraftfahrzeug bekannt, die aus einer Lichtquelle und einer Lichtleitplatte bestehen, wobei letztere eine Fläche für den Eintritt von Lichtstrahlen und eine Ausgangskante/-fläche besitzt und so konfiguriert ist, dass sie Lichtstrahlen auf die Ausgangsfläche streut. Die Lichtleitplatte besteht aus einem Kollimator mit einer Fläche für den Eintritt der von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen und mit einer Übergangsfläche für die Ausgabe des kollimierten Lichtstrahls vom Kollimator in den Körper der Lichtleitplatte, wobei dieser Kollimator im Verhältnis zur Platte so positioniert ist, dass die Achse des kollimierten Strahls in Dickenrichtung dieser Platte, vorzugsweise in vertikaler Richtung, ausgerichtet ist. Die Lichtleitplatte umfasst Reflexionsmittel, an die die Lichtstrahlen von der Übergangsfläche der Kollimatoren gesendet werden. Das Reflexionsmittel ist als Anordnung von Reflexionsflächen konzipiert, die so konfiguriert sind, dass sie die Strahlen des kollimierten Strahlenbündels auf die Ausgangsfläche lenken, d. h. die Lichtstrahlen von der vertikalen Ebene werden in die horizontale Ebene abgelenkt. Das Reflexionsmittel ist als Anordnung von mindestens drei Reflexionsflächen konzipiert, in denen ein Teil der Lichtstrahlen direkt zur Ausgangsfläche gesendet wird, ein weiterer Teil der Lichtstrahlen gelangt indirekt zur Ausgangsfläche. Lichtstrahlen werden zunächst von den Reflexionsflächen auf die Seitenkanten der Lichtleitplatte gerichtet, wo sich Reflexionsflächen befinden, mit denen sie wiederum auf die Ausgangsfläche der Lichtleitplatte gerichtet werden. Der erste Nachteil dieser Lösung besteht in der ungleichmäßigen Verteilung der Lichtintensität auf der Ausgangsfläche der Lichtleitplatte, da mindestens zwei Reflexionsflächen des Reflexionsmittels jeweils eine gemeinsame Kante haben, d. h. sie sind nicht räumlich versetzt, d. h. sie haben eine konstante Form eines Kreisausschnitts, und auf der Ausgangsfläche werden Muster in Form von unterbrochenen unsymmetrischen Bereichen projiziert, die die Form der Ausgangsfläche nicht berücksichtigen. So kann der Lichtleiter nur Lichtmuster mit der Form eines Kreisabschnitts oder einer einem Kreisabschnitt ähnlichen Form durch seine Ausgangsfläche projizieren. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Größe der Reflexionsflächen des Reflexionsmittels nicht so verändert werden kann, dass das optische Konzept an die mechanische Auslegung der Beleuchtungseinrichtung angepasst wird. Der dritte Nachteil ist, dass das Verhältnis der Breite zur Dicke des Lichtleiters festgelegt ist und die Form des Kollimators die Form des Reflexionsmittels und damit die Form der projizierten Muster auf der Ausgangsfläche bestimmt, was eine Umverteilung der von einzelnen reflektierenden Oberflächen des Reflexionsmittels emittierten Lichtintensität durch das Reflexionsmittel unmöglich macht.
Ziel der Erfindung ist die Beantwortung der Frage einer Steigerung der Lichtausbeute von Kollimationselementen, die mit einem planar geformten Lichtleiter verbunden sind, ohne dass es einer großen Anzahl von Lichtquellen bedarf, um die gewünschte Lichteigenschaft zu gewährleisten. Die Erfindung soll daher ein lichtleitendes Optiksystem auf den Weg bringen, das die geforderte Lichtfunktion mit hoher Lichtausbeute und gleichmäßiger Verteilung der Lichtintensität auf der Ausgangsfläche bei Einsatz einer relativ geringen Anzahl von Lichtquellen erfüllt. Ein weiteres Ziel ist die Anpassung des lichtleitenden Systems an die Anforderungen, die sich aus der mechanischen und optischen Auslegung der Beleuchtungsvorrichtung ergeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die oben genannten Ziele der Erfindung werden durch ein lichtleitendes optisches System erfüllt, das mindestens einen Lichtleiter aus einem optisch transparenten Material mit einem zugehörigen Kollimationselement und eine Lichteinheit zur Abgabe von Lichtstrahlen in das Kollimationselement umfasst, wobei der Lichtleiter auf seiner Vorderseite eine Ausgangsfläche für die Abgabe von Lichtstrahlen besitzt, die durch den Lichtleiter aus dem Lichtleiter geleitet werden, und auf seiner Unter- oder Oberseite eine Bindungsfläche zum Binden von durch das Kollimationselement kollimierten Lichtstrahlen in den Lichtleiter aufweist, wobei der Lichtleiter ferner mindestens ein Reflexionsmittel zur Erzeugung von Lichtmustern auf der Ausgangsfläche besitzt, welche aus Flächen besteht, die wiederum für eine Totalreflexion von mindestens einem Teil der auf sie fallenden Lichtstrahlen konfiguriert sind, wobei ein Teil der auf diese Weise reflektierten Lichtstrahlen durch das Reflexionsmittel auf die Seitenflächen und der verbleibende Teil direkt auf die Ausgangsfläche des Lichtleiters gerichtet ist. Das Reflexionsmittel des Lichtleiters umfasst zwei seitliche Reflexionsflächen, die sich von einer gemeinsamen Kontaktkante aus öffnen und für die Totalreflexion der einfallenden Lichtstrahlen zu den Seitenflächen ausgelegt sind, und eine zentrale Fläche, die aus einer oder mehreren zentralen Reflexionsflächen besteht, wobei die zentrale Fläche jede der seitlichen Reflexionsflächen höchstens an einem Punkt berührt.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen berührt die zentrale Fläche die seitlichen Reflexionsflächen an einem gemeinsamen Punkt, d. h. am gemeinsamen Kontaktpunkt, der dem Endpunkt der Kontaktkante entspricht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform berührt die zentrale Fläche die seitlichen Reflexionsflächen an einem separaten Kontaktpunkt berührt, der sich an der Grenzkante der einzelnen seitlichen Reflexionsflächen befindet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht die zentrale Fläche mit keiner der seitlichen Reflexionsflächen in Kontakt.
Die seitlichen Reflexionsflächen und/oder die zentralen Reflexionsflächen weisen vorzugsweise die viereckige Form auf, damit sie auf der Ausgangsfläche des Lichtleiters viereckige Muster erzeugen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die seitlichen Reflexionsflächen und/oder die zentralen Reflexionsflächen eine rechteckige Form und erzeugen dadurch rechteckige Muster auf der Ausgangsfläche des Lichtleiters.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die Projektion der seitlichen Reflexionsfläche und der zentralen Fläche auf eine Ebene parallel zur Ober- oder Unterseite des Lichtleiters zusammen ein volles Rechteck.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bedecken die auf die Ausgangsfläche des Lichtleiters projizierten Muster die gesamte Ausgangsfläche.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die Seitenflächen des Lichtleiters schrittweise angeordnete Reflexionsflächen enthalten, die zur Totalreflexion und Lenkung von Lichtstrahlen auf die Ausgangsfläche in Richtung der optischen Achse ausgelegt sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befinden sich zwischen den Reflexionsflächen strahlungsinaktive Flächen, die inaktiv oder im Vergleich mit den Mustern weniger strahlungsaktive Muster erzeugen und der variablen Einstellung der Breite und/oder Höhe des Lichtleiters und/oder der gleichmäßigen Verteilung des Lichtstroms über die verschiedenen Muster auf der Ausgangsfläche hinweg dienen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zentrale Fläche mindestens eine inaktive zur variablen Einstellung der Länge der seitlichen Reflexionsflächen und der Länge der zentralen Fläche und/oder zur Änderung der Länge basierend auf der Höhe des Lichtleiters zur gleichmäßigen Verteilung des Lichtstroms über die einzelnen Muster in der Ausgangsfläche.
Die zentrale Fläche enthält vorzugsweise mindestens zwei Reflexionsflächen, während sich zwischen jedem benachbarten Paar an Reflexionsflächen eine inaktive Fläche befindet.
Die Ausgangsfläche des Lichtleiters ist vorzugsweise mit optischen Elementen zur Diffusion von Lichtstrahlen ausgestattet, die aus dem Lichtleiter bzw. der X-Achse austreten.
Der Lichtleiter und das Kollimationselement bilden idealerweise einen integralen Körper.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Lichtleiter und das Kollimationselement einzelne, räumlich voneinander getrennte Körper.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Kollimationselement ein Reflektor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht das Reflexionsmittel symmetrisch zur Ebene, die sich rechtwinklig zur Ober- oder Unterseite des Lichtleiters verhält und eine Kontaktkante enthält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht der gesamte Lichtleiter symmetrisch zur Ebene steht, die sich rechtwinklig zur Ober- oder Unterseite des Lichtleiters verhält und eine Kontaktkante enthält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die seitlichen Reflexionsflächen und die Ebenen, auf denen die zentralen Reflexionsflächen liegen, mit der Unterseite oder Oberseite des Lichtleiters den Winkel von 45°, und die aus dem Kollimationselement austretenden kollimierten Lichtstrahlen fallen ebenfalls im Winkel von 45° auf die seitlichen Reflexionsflächen und die Reflexionsflächen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das lichtleitende Optiksystem mindestens zwei nebeneinanderliegende Lichtleiter, die in einer gemeinsamen Form angelegt sind und eine kontinuierliche zusammengesetzte Ausgangsfläche einzelner nebeneinanderliegender Lichtleiter aus dem lichtleitenden Optiksystem entsenden.
Die Reflexionsfläche enthält am besten mindestens ein Diffusionselement, das einzelne Muster auf der Ausgangsfläche des Lichtleiters partiell überlagert und/oder die inaktiven Muster auf der Ausgangsfläche des Lichtleiters eliminiert.
Die zentrale Reflexionsfläche enthält am besten mindestens ein Diffusionselement zur partiellen Überlagerung einzelner Muster auf der Ausgangsfläche des Lichtleiters und/oder zur Eliminierung eines inaktiven Musters auf der Ausgangsfläche des Lichtleiters.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert:

- zeigt eine perspektivische Draufsicht der Rückseite eines lichtleitenden Optiksystems nach dem früheren Stand der Technik.
- zeigt eine Ansicht der Oberseite des lichtleitenden Optiksystems aus .
- zeigt eine Ansicht des Längsschnitts X-X' des Lichtleitsystems von ,
- zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die Rückseite des ersten Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die Vorderseite des lichtleitenden Optiksystems von ,
- zeigt eine Ansicht der Oberseite des lichtleitenden Optiksystems von ,
- zeigt einen Längsschnitt X-X' des lichtleitenden Optiksystems von ,
- zeigt einen Querschnitt Y-Y' des lichtleitenden Optiksystems von ,
- zeigt eine perspektivische Draufsicht der Rückseite des zweiten Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt eine perspektivische Untersicht der Vorderseite des dritten Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt eine perspektivische Draufsicht der Rückseite des vierten Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt eine perspektivische Draufsicht der Rückseite des fünften Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt eine Ansicht der Oberseite des lichtleitenden Optiksystems von ,
- zeigt eine Ansicht des Längsschnitts X-X' des Lichtleitsystems von ,
- zeigt einen Längsschnitt des sechsten Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt einen Längsschnitt des siebten Ausführungsbeispiels eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung,
- zeigt eine Ansicht der Oberseite der achten Ausführungsform eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung, und
- zeigt eine Ansicht der Oberseite der neunten Ausführung eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung.

Beispiele für Ausführungsformen der Erfindung
, und zeigen den Stand der Technik, wobei eine Beleuchtungs- und/oder Signalvorrichtung für ein Kraftfahrzeug die Lichtquelle 31 einer Beleuchtungseinheit 3 umfasst, die sich an der Eintrittsfläche 21 eines Kollimationselements 2 für den Eintritt der von der Quelle 31 emittierten Lichtstrahlen 10 in das Kollimationselement 2 befindet. Das Kollimationselement 2 ist ferner mit einer Ausgangsfläche zum Austritt des kollimierten Lichtstrahls in den Körper des Lichtleiters 1 ausgerüstet. Das Kollimationselement 2 ist in Bezug auf die Platte des Lichtleiters 1 so lokalisiert, dass das kollimierte Lichtstrahlenbündel 10 auf ein Reflexionsmittel 4 gerichtet werden kann, welches so konfiguriert ist, dass Strahlen 10 auf die Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 gelenkt werden. Die Grundrissprojektion des Reflexionsmittels 4 bildet die Bindungsfläche 11 des Lichtleiters 1, ihre Form entspricht der Ausgangsfläche 22 des Kollimationselements 2. Das Reflexionsmittel 4 besteht aus drei geneigten Reflexionsflächen 41, 42, 43, die zur Totalreflexion der Lichtstrahlen 10 und zur Lenkung der Lichtstrahlen auf die Seitenflächen 15 und auf die Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 ausgelegt sind; die Reflexionsflächen 41, 42, 43 haben die Form eines Kreisausschnitts, wobei zwei benachbarte Reflexionsflächen eine gemeinsame Kante 44 aufweisen. Das Reflexionsmittel umfasst somit drei gemeinsame Kanten 44. Die Formen der Reflexionsflächen erzeugen die Formen der auf der Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 Muster A, B, C direkt und mittels Reflexion auf die Seitenwände 15.
, , , und zeigen das erste Ausführungsbeispiel eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das einen planar geformten Lichtleiter 1 in Form einer Platte sowie ein Kollimationselement 2 in Form eines Rotationskörpers enthält. Der Lichtleiter 1 und das Kollimationselement 2 bilden einen integralen Körper aus einem optisch transparenten Material zur Lenkung von Lichtstrahlen 10 aus der Beleuchtungseinheit 3 mit mindestens einer Lichtquelle 31, z. B. LED. Das Kollimationselement 2 ist mit seiner Eintrittsfläche 21 zur Lichtquelle 31 ausgerichtet, um in vertikaler Richtung emittierte Lichtstrahlen 10 zu binden; mit seiner Ausgangsfläche 22 ist es zur Bindungsfläche 11 des Lichtleiters 1 ausgerichtet, um Lichtstrahlen 10 an den Körper des Lichtleiters 1 zu binden. Der Außenmantel des Lichtleiters 1 ist mit einem Reflexionsmittel 4 versehen und erzeugt so Lichtmuster A, B, C auf der Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1, während die Muster A, B, C so auf die Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 projiziert werden, dass sie die gesamte Ausgangsfläche 12 bedecken. Das Reflexionsmittel 4 besteht aus zwei sich an der Kontaktkante 44 überschneidenden seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 und einer ebenfalls reflektierenden zentralen Fläche 42, die die seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 am Kontaktpunkt 45 berührt, wobei die seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 durch inaktive Flächen 5 räumlich zur zentralen Fläche 42 versetzt sind. Die zentrale Fläche 42 reflektiert über ihren gesamten Bereich, d. h. sie enthält keine inaktiven (nicht reflektierenden) Flächen, was wiederum bedeutet, dass sie aus einer zentralen Reflexionsfläche 42' besteht. Die Flächen 41, 42, 43 haben die Form eines Vierecks und erzeugen so viereckige Muster A, B, C auf der Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1, wobei Reflexionsflächen 41, 43 zur Totalreflexion der Lichtstrahlen 10 und zur Lenkung zu den Seitenflächen 15 und die Fläche 42 zur direkten Reflexion der Lichtstrahlen 10 auf die Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 konfiguriert sind. Die Grundrissprojektion des Reflexionsmittels 4 entspricht der Bindungsfläche 11 auf der Unterseite des Lichtleiters 1 und hat die Form eines Vierecks oder Quadrats (als Sonderform eines Vierecks), wenn die Breite c der Bindungsfläche 11 und das Reflexionsmittel 4 vorzugsweise höchstens das Zweifache der Länge d der Bindungsfläche 11 und des Reflexionsmittels 4 beträgt. Die Kante der Ausgangsfläche 22 des Kollimationselements 2 bildet einen Kreis, in den ein Viereck, am besten ein Quadrat der von der Grundrissprojektion der Reflexionsfläche 4 gebildeten Bindungsfläche 11 eingeschrieben oder umschrieben ist. Zur Totalreflexion und Lenkung eines Teils der Lichtstrahlen 10 in Richtung der optischen Achse X ist der Lichtleiter 1 an seinen seitlichen Kanten mit Reflexionsflächen 14 versehen. Der Lichtleiter 1 enthält ferner eine Ausgangsfläche 12 an der Vorderkante zur Aussendung der vom Lichtleiter 1 aus diesem geleiteten Lichtstrahlen, wobei die Breite a der Ausgangsfläche 12 am besten das Vierfache der Höhe b der Ausgangsfläche 12 beträgt. Auf die Ausgangsfläche 12 werden Muster A, B, C projektiert, deren Form den Flächen 41, 42, 43 des Reflexionsmittels 4 entspricht.
Wie in und gezeigt, können die seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 vorzugsweise in einem Winkel a von 45° geneigt sein, eine gemeinsame Kontaktkante 44 aufweisen und Lichtstrahlen 10 auf die Seitenflächen 15 lenken, die mit Reflexionsflächen 14 versehen sind. Die zentrale Fläche 42 ist ebenfalls im Winkel a von 45° geneigt und berührt die seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 nur am Kontaktpunkt 45.
Wie in gezeigt, ist das Kollimationselement 2 mit einer zentralen Aussparung versehen, das die effiziente Bindung von Lichtstrahlen 10 von der Beleuchtungseinheit 3 zum Körper des Kollimationselements 2 bewirkt. Eine Aussparung besteht aus mehreren Bindungsflächen 21 zur Bindung der meisten von der Beleuchtungseinheit 3 emittierten Lichtstrahlen 10. Das Kollimationselement 2 besteht aus einer zentralen Linse 23 zur Bindung und Lenkung emittierter Lichtstrahlen 10 in gerader Richtung sowie aus Seitensegmenten 24 zur Bindung und Lenkung emittierter Lichtstrahlen 10 in einer indirekten Richtung. Die Seitensegmente 24 enthalten eine Eintrittsfläche 21, durch die Lichtstrahlen 10 in den Körper des Kollimationselements 2 eindringen, sowie innere Reflexionsflächen 25, die für die Totalreflexion gebundener Lichtstrahlen und deren Abstrahlung in die gewünschte Richtung ausgelegt sind. Die Form der inneren reflektierenden Kollimationsfläche 25 ist idealerweise elliptisch. Das Kollimationselement 2 hat somit eine ellipsenähnliche Form, während die Ausgangsfläche 22 die Form eines Kreises oder eines Kreisausschnitts annimmt.
zeigt die zweite Beispielausführung eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung, bei dem das Kollimationselement 2 und der Lichtleiter 1 keinen integralen Körper bilden. Die Ausgangsfläche des Kollimationselements 2 ist durch einen freien Raum von der Bindungsfläche 11 des Lichtleiters 1 getrennt. Im dritten Beispiel für die Ausführung eines lichtleitenden Systems gemäß der in gezeigten Erfindung ist die Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 mit optischen Elementen 13 zur Diffusion von Lichtstrahlen 1 aus Achse X ausgestattet.
Im vierten Beispiel für die Ausführung eines lichtleitenden Systems gemäß der in gezeigten Erfindung wird das optische Element 2 als Reflexionsfläche eingesetzt, z. B. als Reflektor.
Im fünften Beispiel für die Ausführung eines lichtleitenden Systems gemäß der in , und gezeigten Erfindung ist der Lichtleiter 1 an seinen Seitenflächen 15 mit mehreren Reflexionsflächen 14 versehen, die schrittweise für die Totalreflexion und die Lenkung gebundener Lichtstrahlen 10 in Richtung der optischen Achse x konfiguriert sind. Zwischen den Reflexionsflächen 14 befinden sich strahlungsinaktive Flächen 5, die inaktive oder weniger strahlungsaktive Muster D in der Lichtspur erzeugen. Eine inaktive Fläche 5 befindet sich auch im Reflexionsmittel 4, nämlich zwischen zwei schrittweise konfigurierten zentralen Reflexionsflächen 42', d. h. die zentrale Fläche 42 besteht aus zentralen Reflexionsflächen 42' und einer inaktiven Fläche 5 und liegt zwischen den zentralen Reflexionsflächen 42'. Die Breite a der Ausgangsfläche 12 beträgt vorzugsweise das Vierfache der Höhe b der Ausgangsfläche 12.
Wie in dargestellt, kann die Länge e der inaktiven Flächen 5 auf der Seitenfläche 15 des Lichtleiters 1 verwendet werden, um Breite a und Höhe b (siehe ) des Lichtleiters 1 im Rahmen der Auslegung im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung des Lichtstroms auf die einzelnen Muster A, B, C, D auf der Ausgangsfläche (12) variabel einzustellen. Wie in dargestellt, kann einerseits die Höhe h der inaktiven Flächen 5 im Reflexionsmittel 4 zur variablen Einstellung der Länge d1 der seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 und der Länge d2 der zentralen Fläche 42 verwendet werden, andererseits können die Längen d1, d2 durch die Höhe b des Lichtleiters 1 zur gleichmäßigen Verteilung des Lichtstroms auf die einzelnen Muster A, B, C auf der Ausgangsfläche 12 verändert werden.
Im sechsten Ausführungsbeispiel des lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung nach reicht die zentrale Fläche 42 mit den zentralen Reflexionsflächen 42' mit ihrer Unterkante unter die Kontaktkante 44, von denen die seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 ausgehen; die zentrale Fläche berührt in diesem Ausführungsbeispiel die seitlichen Reflexionsflächen 41 und 43 also überhaupt nicht.
Im siebten Ausführungsbeispiel des lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung nach reicht die zentrale Fläche 42 mit den zentralen Reflexionsflächen 42' mit ihrer Unterkante über die Kontaktkante 44, von denen die seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 ausgehen; die zentrale Fläche berührt in diesem Ausführungsbeispiel die seitlichen Reflexionsflächen 41 und 43 an ihren Grenzkanten 46 an einem getrennten Kontaktpunkt 47.
Wie in dargestellt, welche das achte Ausführungsbeispiel eines lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung zeigt, können einzelne Lichtleiter 1 nebeneinander angeordnet und als integrale Form ausgelegt sein, um eine kontinuierliche Ausgangsfläche 12 von Lichtstrahlen 10 zu erzeugen. Lichtstrahlen 10 werden über mehrere an den optischen Elementen 2 befindlichen Reflexionsmitteln 4 zur Ausgangsfläche 12 gesendet. Lichtstrahlen 10 können indirekt mithilfe der seitlichen Reflexionsflächen 41, 43 des Reflexionsmittels 4 sowie direkt über die zentralen Reflexionsflächen 42 des Reflexionsmittels 4 an die Ausgangsfläche 12 gesandt werden.
Wie in dargestellt, welche das neunte Ausführungsbeispiel des lichtleitenden Optiksystems gemäß der Erfindung zeigt, können die Reflexionsfläche 14 und/oder die zentrale Reflexionsfläche 42' ein Diffusionselement 6 und/oder eine Anordnung von Diffusionselementen 6 enthalten. Das Diffusionselement 6 ist z. B. als Teil einer zylindrischen, elliptischen oder gebrochenen Fläche oder einer Diffusionsfläche ausgelegt. Lichtstrahlen 10 werden über das Diffusionselement 6 diffundierend zur partiellen Überlagerung einzelner Muster A, B, C auf der Ausgangsfläche 12 des Lichtleiters 1 oder zur Eliminierung des Bereichs des inaktiven Musters D gesendet.
Bezugszeichenliste

1: - Lichtleiter
11: - Bindungsfläche
12: - Ausgangsfläche
13: - optisches Element
14: - Reflexionsfläche
15: - Seitenfläche
2: - Kollimationselement
21: - Eingangsfläche
22: - Ausgangsfläche
23: - zentrale Linse
24: - Seitensegment
25: - innere reflektierende Kollimationsflächen
3: - Beleuchtungseinheit
31: - Lichtquelle
4: - Reflexionsmittel
41: - seitliche Reflexionsfläche
42: - zentrale Fläche
42': - zentrale Reflexionsfläche
43: - seitliche Reflexionsfläche
44: - Kontaktkante
45: - gemeinsamer Kontaktpunkt
46: - Grenzkante
47: - Kontaktpunkt
5: - inaktive Fläche
6: - Diffusionselement
10: - Lichtstrahl
A: - Muster
B: - Muster
C: - Muster
D: - Muster
a: - Breite
b: - Höhe
c: - Breite
d, d1, d2, e: - Länge
h: - Höhe
X, Y, Z: - Achsen des kartesischen Koordinatensystems
x: - optische Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7401948 B2 [0003]
WO 2008/069143 A1 [0003]
JP 06082264 B2 [0003]
CZ 20050096 A3 [0003]
FR 2966224 A1 [0004]
US 2015/0247613 A1 [0004]

Claims

Lichtleitendes Optiksystem, bestehend aus mindestens einem Lichtleiter (1) aus optisch transparentem Material mit einem dazugehörigen Kollimationselement (2) und einer Beleuchtungseinheit (3) zur Entsendung von Lichtstrahlen (10) in das Kollimationselement (2), wobei der Lichtleiter (1) auf seiner Vorderseite eine Ausgangsfläche (12) für die Ausgabe von Lichtstrahlen (10), die vom Lichtleiter (1) aus diesem heraus geleitet werden, und auf seiner Unter- oder Oberseite eine Bindungsfläche (11) zum Binden von Lichtstrahlen (10), die vom Kollimationselement (2) in den Lichtleiter (1) kollimiert werden, besteht; ferner umfasst der Lichtleiter (1) mindestens ein Reflexionsmittel (4) zur Erzeugung von Lichtmustern (A, B, C) auf der Ausgangsfläche (12), die sich aus verschiedenen Flächen (41, 42, 43) zusammensetzt, welche zur Totalreflexion mindestens eines Teils der auf sie fallenden Lichtstrahlen (10) ausgelegt sind, wobei ein Teil der so reflektierten Lichtstrahlen (10) vom Reflexionsmittel (4) auf die Seitenflächen (15) und der verbleibende Teil direkt auf die Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) gerichtet sind; charakteristisch ist dabei, dass das Reflexionsmittel (4) des Lichtleiters (1) zwei seitliche Reflexionsflächen (41, 43), die sich von einer gemeinsamen Kontaktkante (44) aus öffnen und für die Totalreflexion der einfallenden Lichtstrahlen zu den Seitenflächen (15) ausgelegt sind, und eine zentrale Fläche (42), die aus einer oder mehreren zentralen Reflexionsflächen (42') besteht, enthält, wobei die zentrale Fläche (42) jede der seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) höchstens an einem Punkt berührt.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 1, das sich dadurch kennzeichnet, dass die zentrale Fläche (42) die seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) an einem gemeinsamen Punkt berührt, d. h. am gemeinsamen Kontaktpunkt (45), der dem Endpunkt der Kontaktkante (44) entspricht.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 1, das sich dadurch kennzeichnet, dass die zentrale Fläche (42) die seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) an einem separaten Kontaktpunkt (47) berührt, der sich an der Grenzkante (46) der einzelnen seitlichen Reflexionsflächen (42) befindet.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 1, das sich dadurch kennzeichnet, dass die zentrale Fläche (42) mit keiner der seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) in Kontakt ist.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) und/oder die zentralen Reflexionsflächen (42') eine viereckige Form aufweisen und dadurch viereckige Muster (A, B, C) auf der Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) erzeugen.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 5, das sich dadurch kennzeichnet, dass die seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) und/oder die zentralen Reflexionsflächen (42') eine rechteckige Form aufweisen und dadurch rechteckige Muster (A, B, C) auf der Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) erzeugen.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 6, das sich dadurch kennzeichnet, dass die Projektion der seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) und der zentralen Fläche (42) auf eine Ebene parallel zur Ober- oder Unterseite des Lichtleiters (1) zusammen ein volles Rechteck ergibt.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die auf die Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) projizierten Muster (A, B, C) die gesamte Ausgangsfläche (12) abdecken.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die Seitenflächen (15) des Lichtleiters (1) schrittweise angeordnete Reflexionsflächen (14) enthalten, die zur Totalreflexion und Lenkung von Lichtstrahlen (10) auf die Ausgangsfläche (12) in Richtung der optischen Achse (x) ausgelegt sind.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 9, das sich dadurch kennzeichnet, dass sich zwischen den Reflexionsflächen strahlungsinaktive Flächen (5) befinden, die inaktiv oder im Vergleich mit den Mustern (A, B, C) weniger strahlungsaktive Muster (D) erzeugen und der variablen Einstellung der Breite (a) und/oder Höhe (b) des Lichtleiters (1) und/oder der gleichmäßigen Verteilung des Lichtstroms über die verschiedenen Muster (A, B, C, D) auf der Ausgangsfläche (12) hinweg dienen.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die zentrale Fläche (42) mindestens eine inaktive Fläche (5) enthält, die der variablen Einstellung der Länge (d1) der seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) und der Länge (d2) der zentralen Fläche (42) und/oder der Änderung der Längen (d1, d2) durch die Höhe (b) des Lichtleiters (1) zur gleichmäßigen Verteilung des Lichtstroms über die verschiedenen Muster (A, B, C, D) auf der Ausgangsfläche (12) hinweg dient.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß Anspruch 11, das sich dadurch kennzeichnet, dass die zentrale Fläche (42) mindestens zwei zentrale Reflexionsflächen (42') enthält, wobei sich zwischen jedem benachbarten Paar an zentralen Reflexionsflächen (42') eine inaktive Fläche (5) befindet.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) mit optischen Elementen (13) zur Streuung von Lichtstrahlen (10) ausgestattet ist, die vom Lichtleiter (1) aus der Achse (x) ausgehen.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass der Lichtleiter (1) und das Kollimationselement (2) einen integralen Körper bilden.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass der Lichtleiter (1) und das Kollimationselement (2) einzelne, räumlich voneinander getrennte Körper darstellen.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass das Kollimationselement (2) ein Reflektor ist.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass das Reflexionsmittel (4) symmetrisch zur Ebene steht, die sich rechtwinklig zur Ober- oder Unterseite des Lichtleiters (1) verhält und die Kontaktkante (44) enthält.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass der Lichtleiter (1) symmetrisch zur Ebene steht, die sich rechtwinklig zur Ober- oder Unterseite des Lichtleiters (1) verhält und die Kontaktkante (44) enthält.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass seitliche Reflexionsflächen (41, 43) und die Ebenen, auf denen die zentralen Reflexionsflächen (42') liegen, mit der Unterseite oder Oberseite des Lichtleiters (1) den Winkel von 45° bilden und die aus dem Kollimationselement (2) austretenden kollimierten Lichtstrahlen (10) ebenfalls auf die seitlichen Reflexionsflächen (41, 43) und die zentralen Reflexionsflächen (42') im Winkel von 45° fallen.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass es mindestens zwei nebeneinanderliegende Lichtleiter (1) beinhaltet, die in einer gemeinsamen Form angelegt sind und eine kontinuierliche zusammengesetzte Ausgangsfläche (12) einzelner nebeneinanderliegender Lichtleiter (1) erzeugen, um Lichtstrahlen (10) aus dem lichtleitenden Optiksystem zu entsenden.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die Reflexionsfläche (14) mindestens ein Diffusionselement (6) enthält, das einzelne Muster (A, B, C) auf der Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) partiell überlagert und/oder die inaktiven Muster (D) auf der Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) eliminiert.
Lichtleitendes Optiksystem gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das sich dadurch kennzeichnet, dass die zentrale Reflexionsfläche (42') mindestens ein Diffusionselement (6) enthält zur partiellen Überlagerung einzelner Muster (A, B, C) auf der Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1) und/oder zur Eliminierung der inaktiven Muster (D) auf der Ausgangsfläche (12) des Lichtleiters (1).