DE102019118005A1

DE102019118005A1 - Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiterplatte

Info

Publication number: DE102019118005A1
Application number: DE102019118005.8A
Authority: DE
Inventors: Hubert Zwick
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-07

Abstract

Vorgestellt wird eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einer Lichtleiterplatte, die eine erste Breitseite und eine zweite Breitseite und eine zwischen einem Rand der ersten Breitseite und einem Rand der zweiten Breitseite liegende und die erste Breitseite mit der zweiten Breitseite verbindende Schmalseite aufweist, welche Schmalseite wenigstens zwei Schmalseitenabschnitte aufweist, die in einem rechten Winkel aufeinander stoßen. Die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass beide aufeinander stoßenden Schmalseitenabschnitte jeweils eine in dem jeweiligen Schmalseitenabschnitt verlaufende Kante aufweisen, welche den jeweiligen Schmalseitenabschnitt in zwei zueinander senkrechte und gleich große Flächen aufteilt, die von jeweils einem Rand einer Breitseite und der Kante begrenzt werden und dass die Kante und der Rand äquidistant verlaufen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung wird als per se bekannt vorausgesetzt und weist eine Lichtleiterplatte auf, die eine erste Breitseite und eine zweite Breitseite und eine zwischen einem Rand der ersten Breitseite und einem Rand der zweiten Breitseite liegende und die erste Breitseite mit der zweiten Breitseite verbindende Schmalseite aufweist. Die Schmalseite weist wenigstens zwei Schmalseitenabschnitte auf, die in einem rechten Winkel aufeinander stoßen. Eine Lichtleiterplatte mit diesen Merkmalen ist aus der US 6,755,547 B2 , dort 10, bekannt.
Lichtleiterplatten werden in Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen zum Beispiel verwendet, um ein flächenhaft leuchtendes Erscheinungsbild der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einer möglichst hohen Effizienz zu erzeugen. Dabei wird hier unter der Effizienz der Anteil am Lichtstrom eines die Lichtleiterplatte mit Licht speisenden Leuchtmittels verstanden, der letztlich zu einer erwünschten Lichtverteilung der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung beiträgt. Um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, sollte möglichst wenig Licht über die Schmalseiten und möglichst viel Licht über eine als Soll-Lichtaustrittsfläche dienende Breitseite der Lichtleiterplatte aus der Lichtleiterplatte austreten. Um einen Lichtaustritt über die als Soll-Lichtaustrittsfläche dienende Breitseite zu erreichen, weist diese Breitseite und/oder die dieser Breitseite gegenüberliegende Breitseite Auskoppelelemente in Form von lokalen Störstellen auf, an denen dort aus dem Inneren der Lichtleiterplatte auftreffendes Licht so umgelenkt wird, dass es aus der Lichtleiterplatte austritt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Effizienz einer die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweisenden Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von der eingangs genannten, per se bekannten Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung und auch vom Gegenstand der US 6,755,547 B2 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Diese sehen vor, dass beide aufeinander stoßenden Schmalseitenabschnitte jeweils eine in dem jeweiligen Schmalseitenabschnitt verlaufende Kante aufweisen, welche den jeweiligen Schmalseitenabschnitt in zwei zueinander senkrechte und gleich große Teilflächen aufteilt, die von jeweils einem Rand einer Breitseite und der Kante begrenzt werden und dass die Kante und der Rand äquidistant verlaufen.
Durch diese Merkmale wird erreicht, dass in die Lichtleiterplatte eingespeistes Licht des Leuchtmittels nicht gleich beim Auftreffen auf eine Schmalseite dort aus der Lichtleiterplatte austritt. Stattdessen wird das Licht dort in das Innere der Lichtleiterplatte zurückreflektiert. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Licht in erwünschter Weise auf eine der genannten Störstellen trifft und von dort in erwünschter Weise über die Soll-Lichtaustrittsfläche aus der Lichtleiterplatte austritt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung wenigstens ein Leuchtmittel und wenigstens einen Zuleitungsarm aufweist, der ein erstes Ende aufweist, an dem eine dem Leuchtmittel zugewandte Lichteintrittsfläche angeordnet ist und dessen zweites Ende mit einem Übergangsquerschnitt in die Schmalseite der Lichtleiterplatte übergeht.
Bevorzugt ist auch, dass der Zuleitungsarm gebogen ist.
Weiter ist bevorzugt, dass der Zuleitungsarm mit der Schmalseite einen Winkel von 35° bis 55° einschließt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Zuleitungsarm mit der Schmalseite einen Winkel von 40° bis 50° einschließt.
Bevorzugt ist auch, dass der Zuleitungsarm mit der Schmalseite einen Winkel von 45° einschließt.
Weiter ist bevorzugt, dass der Zuleitungsarm gebogen ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der senkrecht zu der Hauptpropagationsrichtung des Lichtes im Zuleitungsarm liegende Querschnitt des Zuleitungsarms von seiner Lichteintrittsfläche ausgehend bis zu seinem Übergangsquerschnitt zumindest abschnittsweise stetig zunimmt.
Bevorzugt ist auch, dass ein an einer Ecke einer Lichtleiterplatte angeordneter Zuleitungsarm in Bezug auf seine Querschnittsvergrößerung dazu eingerichtet ist, das aus ihm austretende Bündel von Licht in einen Gesamtöffnungswinkel von 40° zu bündeln.
Weiter ist bevorzugt, dass in eine Breitseite oder beide Breitseiten eingeformte Auskoppelelemente geneigte Flächen aufweisen, die senkrecht zum 45°-Bündelmittelstrahl des Lichtes gerichtet sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auskoppelelemente als Vertiefung und/oder Erhöhung in eine Breitseite der Lichtleiterplatte eingeformt sind.
Bevorzugt ist auch, dass die Auskoppelelemente Flächen aufweisen, die so geneigt sind, dass an ihnen reflektiertes Licht des Leuchtmittels an der einer ersten Breitseite gegenüberliegenden zweiten Breitseite die Bedingung für interne Totalreflexion nicht mehr erfüllen und somit unter Brechung aus der Lichtleiterplatte austritt.
Weiter ist bevorzugt, dass die Auskoppelelemente eine Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen mit quadratischer Grundfläche aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auskoppelelemente eine Form einer in einer ersten Richtung in die Länge gezogenen Pyramide oder eines in der ersten Richtung in die Länge gezogenen Pyramidenstumpfs aufweisen.
Bevorzugt ist auch, dass die Auskoppelelemente eine Form einer in einer in zwei zueinander rechtwinklige Richtungen zum Kreuz gezogenen Pyramide oder eines in zwei zueinander rechtwinklige Richtungen zum Kreuz gezogenen Pyramidenstumpfs aufweisen.
Weiter ist bevorzugt, dass die Lichtleiterplatte eine oder mehrere Öffnungen aufweist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. 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 zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 eine Draufsicht auf eine Breitseite einer ebenen, flächigen und rechteckigen Lichtleiterplatte;
2 eine Schrägansicht einer Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiterplatte;
3 eine Draufsicht auf eine Breitseite der Lichtleiterplatte aus der 2;
4 eine Seitenansicht der Lichtleiterplatte aus der 2;
5 einen Schnitt durch einen Teil des Gegenstands der 2 - 4;
6 Lichtwege von zehn von einem Leuchtmittel ausgehenden Strahlen von Licht durch eine quadratische Breitseiten aufweisende Lichtleiterplatte;
7 einen Verlauf eines Strahls von Licht in einer im Raum gekrümmten Lichtleiterplatte;
8 eine Draufsicht auf eine rechteckige Lichtleiterplatte mit einem Zuleitungsarm;
9 eine Schrägansicht einer Lichtleiterplatte mit Beispielen von Auskoppelelementen;
10 eine Seitenansicht des Gegenstands der 9;
11 eine Draufsicht auf den Gegenstand der 10;
12 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Elemente der Erfindung aufweisenden Lichtleiters;
13 einen Querschnitt einer Lichtleiterplatte, bei der eine Schmalseite in zwei Paare von zueinander senkrechten Teilflächen aufgeteilt ist;
14 eine Draufsicht auf eine Lichtleiterplatte, bei der fünf verschiedene Ausgestaltungen verwirklicht sind;
15 eine Draufsicht auf eine Lichtleiterplatte, die eine oder mehrere Öffnungen aufweist;
16 eine Draufsicht auf eine Lichtleiterplatte, bei der sich die profilierten Schmalseitenabschnitte nur über Teilstücke der die Lichtleiterplatte umlaufend begrenzenden Schmalseite erstrecken;
17 einen Schnitt durch ein distales Ende einer Abzweigung einer Lichtleiterplatte nach 16; und
18 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente oder Elemente, welche gleiche Funktionen besitzen. Im Einzelnen zeigt die 1 eine Draufsicht auf eine Breitseite 10 einer ebenen, flächigen und rechteckigen Lichtleiterplatte 12. An einem als Lichteintrittsfläche 22 dienenden Schmalseitenabschnitt 14 der Lichtleiterplatte 12 ist ein Leuchtmittel 16 angeordnet, das Licht 18 in Richtung zur Lichteintrittsfläche abstrahlt, so dass dieses Licht 18 über die Lichteintrittsfläche 22 in die Lichtleiterplatte 12 eintritt. Das Leuchtmittel 16 ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle wie eine Leuchtdiode oder Laserdiode oder weist wenigstens eine solche Halbleiterlichtquelle auf. Das beim Eintritt gebrochene Licht 18 wird mittels an Breitseiten und Schmalseiten wiederholt erfolgenden internen Totalreflexionen zu einem der Lichteintrittsfläche 22 in einem Abstand L gegenüberliegenden weiteren Schmalseitenabschnitt 14 umgelenkt, wo es wiederum unter richtungsändernder Brechung aus der Lichtleiterplatte 12 austritt.
Die Umlenkung erfolgt zum Beispiel so, dass Licht so zur als Soll-Lichtaustrittsfläche dienenden Breitseite umgelenkt wird, dass es dort keine interne Totalreflexion mehr erfährt und aus der Lichtleiterplatte 12 austritt. In diesem Fall ist das Auskoppelelement in der der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Breitseite angeordnet. Auskoppelelemente, die einen Lichtaustritt bewirken, können auch in der Soll-Lichtaustrittsfläche angeordnet sein.
Ein parallel zu einer langen Kante (parallel zum Abstand L) der hier rechteckigen Lichtleiterplatte 12 verlaufender Strahl von Licht 18 des Leuchtmittels 16 legt in der Lichtleiterplatte 12 mindestens die kürzest mögliche Strecke L zwischen seinem Eintreten in und seinem Austreten aus der Lichtleiterplatte 12 zurück. Streifend auf die Lichteintrittsfläche 22 treffendes Licht 18 des Leuchtmittels 16 weist nach der Brechung den Grenzwinkel der Totalreflexion (für PMMA und PC etwa 40°) auf und legt somit den längsten möglichen Weg L/cos(40°) = 1,3L in der Lichtleiterplatte zurück.
Um eine möglichst große Effizienz zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die vom Licht 18 in der Lichtleiterplatte 12 insgesamt zurückgelegte Strecke möglichst groß ist, denn dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein die Auskopplung des Lichts einleitendes Auskoppelelement getroffen wird, ebenfalls groß. Prinzipiell steigt diese Wahrscheinlichkeit auch mit zunehmender Größe der Auskoppelelemente an. In der Praxis ist die Länge der Lichtleiterplatte 12 vorgegeben, und die Größe der Auskoppelelemente ist aus gestalterischen Gründen beschränkt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, den Lichtweg in der Lichtleiterplatte 12 zu vergrößern und dadurch die Wahrscheinlichkeit für eine wunschgemäße, über eine Breitseite 10 erfolgende Auskopplung deutlich zu erhöhen. Eine Verlängerung des Lichtweges wird durch eine Aufteilung der Schmalseitenabschnitte 14 in zwei zueinander senkrechte und bevorzugt gleich große Teilflächen 14.1, 14.2 erreicht, die von jeweils einem Rand 10.1 einer Breitseite 10 und der Kante begrenzt werden und bei denen die Kante und der Rand äquidistant verlaufen (vergleiche 5).
Günstig ist auch, wenn ein Zuleitungsarm, mit dem Licht in die Lichtleiterplatte eingespeist wird, mit der Schmalseite einen Winkel von 35° bis 55°, insbesondere einen Winkel von 40° bis 50°, insbesondere einen Winkel von 45° einschließt.
Darüber hinaus ist es günstig, wenn die Projektion der Breitseiten der Lichtleiterplatte in eine Ebene durch Projektionen von Schmalseitenabschnitten begrenzt wird, die jeweils paarweise parallel verlaufen oder rechte Winkel einschließen.
Bevorzugt ist auch, dass die Lichtleiterplatte abgesehen von dem Zuleitungsarm eine rechteckige Form besitzt.
Durch diese Maßnahmen, die sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander verwendet werden können, sind für jeden Punkt in der Lichtleiterplatte 12 die möglichen Richtungen, aus denen Licht 18 des Leuchtmittels 16 an dem Punkt eintreffen kann, bekannt. Dies erlaubt es, die Form und die Ausrichtung der Auskoppelelemente mit dem Ziel einer effizienten Auskopplung optimal zu gestalten, was wiederum die Effizienz und das homogene Erscheinungsbild befördert.
2 zeigt eine Schrägansicht einer Merkmale der Erfindung aufweisenden Lichtleiterplatte. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Breitseite 10 der Lichtleiterplatte 12 aus der 2, und 4 zeigt einen Seitenansicht der Lichtleiterplatte 12 aus der 2. 4 entspricht damit einer Draufsicht auf einen Schmalseitenabschnitt 14 der Lichtleiterplatte 12 aus der 2.
Die Lichtleiterplatte 12 weist eine rechteckige Grundform auf. Auskoppelnde oder eine Auskopplung einleitende Auskoppelelemente, die in wenigstens eine Breitseite 10 eingeformt sind, sind in der 2 nicht dargestellt, wären bei einer Realisierung aber vorhanden.
Das Leuchtmittel 16 ist vor einer Lichteintrittsfläche 22 an einem ersten Ende 24 eines Zuleitungsarms 26 angeordnet. Ein zweites Ende 29 des Zuleitungsarms 26 wird durch einen Übergangsquerschnitt 28 definiert, über den der Zuleitungsarm 26 in einen plattenförmigen Bereich der Lichtleiterplatte 12 übergeht. Die Lichteintrittsfläche 22 ist kleiner als der Übergangsquerschnitt 28. In der Hauptpropagationsrichtung des Lichtes im Zuleitungsarm 26 nimmt der senkrecht zu dieser Richtung liegende Querschnitt des Zuleitungsarms 26 stetig zu. Die Abstrahlrichtung des Leuchtmittels 16 und die Geometrie der Lichteintrittsfläche 22 sind bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass die Hauptpropagationsrichtung einer gedachten Mittellinie des Zuleitungsarms 26, die sich zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Übergangsquerschnitt erstreckt, entspricht. Das Licht 18 kann bereits im Zuleitungsarm 26 eine oder mehrere interne Totalreflexionen erfahren. Durch die Zunahme des Querschnitts ergeben sich Reflexionsbedingungen im Zuleitungsarm 26, die den Öffnungswinkel des im Zuleitungsarm 26 propagierenden Lichtes 18 verringern.
Durch den in der Hauptpropagationsrichtung zunehmenden Querschnitt des Zuleitungsarms 26 werden die Winkel, die die Lichtstrahlen zu einer gedachten Mittellinie des Zuleitungsarms aufweisen, verringert, und ein enges Bündel tritt in den Flächenbereich ein.
Die Ränder 10.1 der Breitseiten 10, welche die aufeinander stoßenden Schmalseitenabschnitte 14 begrenzen, weisen innerhalb der Lichtleiterplatte zur verlängerten Mittellinie 30 des Zuleitungsarmes 26 einen Winkel w auf, der zwischen 35° und 55°, insbesondere zwischen 40 und 50, insbesondere 45° beträgt.
Jeweils zwei aufeinander stoßende Schmalseitenabschnitte 14 weisen jeweils eine in dem jeweiligen Schmalseitenabschnitt 14 verlaufende Kante 14.3 auf, welche den jeweiligen Schmalseitenabschnitt 14 in zwei zueinander senkrechte und gleich große Flächen 14.1, 14.2 aufteilt, die von jeweils einem Rand 10.1 einer Breitseite 10 und der Kante 14.3 begrenzt werden. Die Kante 14.3 und der Rand 10.1 verlaufen äquidistant zueinander.
Aus der in den 2, 3 und 4 dargestellten Lichtleiterplatte 12, die keine Auskoppelelemente aufweist, tritt Licht 18 aus, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist. Eine erste Bedingung besteht darin, dass das Licht 18 nach mehreren internen Totalreflexionen, die in dem von dem Zuleitungsarm 26 verschiedenen Bereich der Lichtleiterplatte 12 erfolgen, wieder in den Zuleitungsarm 26 eintritt. Dieses Licht wird bevorzugt über die Lichteintrittsfläche 22 aus der Lichtleiterplatte 12 austreten. Eine zweite Bedingung besteht darin, dass das Licht 18 nahe einer Ecke auf eine Teilfläche 14.1 oder 14.2 einer ersten Schmalseite 14 und anschließend auf eine Teilfläche einer zur ersten Schmalseite 14 senkrechten Schmalseite 14 trifft (vergleiche 2).
5 zeigt einen Schnitt durch einen Teil des Gegenstands der 2 - 4. Die Lichtleiterplatte 12 weist eine erste Breitseite 10 und eine zweite Breitseite 11 und eine zwischen einem Rand 10.1 der ersten Breitseite 10 und einem Rand 11.1 der zweiten Breitseite 11 liegende und die erste Breitseite 10 mit der zweiten Breitseite 11 verbindende Schmalseite 14 auf. Die Schmalseite 14 weist zwei zueinander senkrechte und gleich große Teilflächen 14.1, 14.2 auf, die von jeweils einem Rand 10.1, 11.1 einer Breitseite 10, 11 und einer Kante 14.3 begrenzt werden, die zwischen beiden Teilflächen äquidistant zu jedem der beiden Ränder 10.1, 10.2 der Breitseiten 10, 11 verläuft. 5 veranschaulicht dabei eine dritte Bedingung: Die dritte Bedingung ist erfüllt, wenn das Licht 18 nach einer internen Totalreflexion an einer ersten Teilfläche 14.1 einer Schmalseite 14 die zweite Teilfläche 14.2 der Schmalseite 14 verfehlt und steil auf eine Breitseite 10 einfällt. Die Wahrscheinlichkeit, dass diese Bedingung erfüllt wird, ist umso größer, je kleiner der Winkel zwischen einer der langen Schmalseiten und dem Lichtstrahl ist und wird durch den zunehmenden Querschnitt des Zuleitungsarms 26 verringert. Da es bei der in den 2 bis 5 gezeigten Grundform der Lichtleiterplatte 12 unwahrscheinlich ist, dass eine der drei Bedingungen erfüllt wird, ergeben sich erwünscht lange Lichtwege in der Lichtleiterplatte 12.
6 zeigt Lichtwege von zehn von dem Leuchtmittel 16 ausgehenden Strahlen von Licht 18 durch eine abgesehen von dem Zuleitungsarm 26 quadratische, d.h. quadratische Breitseiten 10 aufweisenden Lichtleiterplatte 12. Die umlaufende Schmalseite weist hier vier Schmalseitenabschnitte auf, von denen jeweils zwei in einem rechten Winkel aufeinander stoßen. Jeder der jeweils zwei aufeinander stoßenden Schmalseitenabschnitte 14 weist eine in dem jeweiligen Schmalseitenabschnitt 14 verlaufende Kante 14.3 auf, welche den jeweiligen Schmalseitenabschnitt 14 in die zwei zueinander senkrechten und gleich großen Flächen 14.1, 14.2 aufteilt. Der Zuleitungsarm 26 trifft mit einem Winkel w von 45°, wie mit Bezug auf 3 erläutert, auf eine Schmalseite 14.
Das in den zehn Strahlen propagierende Licht 18 legt einen großen Weg in der Lichtleiterplatte 12 zurück und durchflutet dabei den gesamten Abstrahlbereich, der einer Breitseite entspricht. Dabei streut die Richtung der Strahlen, den diese mit einer der Kanten 14.3 einschließen, jeweils um den Wert 45° herum. Dieser erwünschte Effekt einer gleichmäßigen Verteilung des Lichtes 18 über die Breitseiten funktioniert auch mit räumlich gekrümmten Lichtleiterplatten 12, wobei die Verteilung des Lichtes über die Breitseiten 10, 11 mit steigender Krümmung ungleichmäßiger wird.
7 zeigt einen Verlauf eines Lichtstrahls 18 in einer räumlich gekrümmten Lichtleiterplatte 12, die in ihrer Form einem Ausschnitt aus einer Torusfläche folgt. Stellvertretend für eine Vielzahl von Auskoppelelementen ist in der 7 ein einzelnes Auskoppelelement 32 angeordnet, das in einer als Lichtaustrittsfläche dienenden Breitseite 10 angeordnet ist.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine rechteckige Lichtleiterplatte 12 mit einem an einer Ecke der rechteckigen Lichtleiterplatte 12 angeordneten Zuleitungsarm 26, der in Bezug auf seine Querschnittsvergrößerung so entworfen ist, dass das aus ihm austretende Bündel von Licht 18 maximal einen Gesamtöffnungswinkel von 40° aufweist. Dies hat zur Folge, dass an jedem Punkt der rechteckigen Fläche der Lichtleiterplatte 12 aus vier Richtungen Bündel von Licht 18 ankommen können, die einen maximalen Gesamtöffnungswinkel von 40° aufweisen. Mit diesem Wissen können in eine Breitseite oder beide Breitseiten einzuformende Auskoppelelemente optimal gestaltet werden. Eine optimale Gestalt der Auskoppelelemente liegt dann vor, wenn die Auskoppelelemente geneigte Flächen aufweisen, die senkrecht zum 45°-Bündelmittelstrahl des in den Gesamtöffnungswinkel von 40° gebündelten Lichtes 18 gerichtet sind.
Die 9 zeigt eine Schrägansicht einer Lichtleiterplatte mit Beispielen von Auskoppelelementen 32, 34, 36, 38 die dieser Forderung entsprechen. 10 zeigt eine Seitenansicht der Lichtleiterplatte 12 aus der 9, und 11 zeigt eine Draufsicht auf diese Lichtleiterplatte 12. Die Auskoppelelemente 32, 34, 36, 38 sind bei dieser Lichtleiterplatte 12 in eine Breitseite 11 der Lichtleiterplatte 12 als Vertiefung und/oder Erhöhung eingeformt. Die Auskoppelelemente 32 weisen jeweils Flächen auf, die so geneigt sind, dass an ihnen reflektiertes Licht 18 des Leuchtmittels 16 an der der Breitseite 11 gegenüberliegenden Breitseite 10 die Bedingung für interne Totalreflexion nicht mehr erfüllen und somit unter Brechung aus der Lichtleiterplatte 12 austritt. Die Auskoppelelemente 34 können auch als Vertiefung in einer Breitseite der Lichtleiterplatte verwirklicht sein.
In den 9, 10, 11 sind links zwei Auskoppelelemente 32, 34 in Form von Pyramiden mit quadratischer Grundfläche dargestellt. Pyramidenstümpfe wären auch möglich. Das nächste von den Pyramiden rechts gelegene Auskoppelelement 36 ist eine in einer ersten Richtung gewissermaßen in die Länge gezogene Pyramide. Das nächste rechts gelegene Auskoppelelement 38 ist eine in zwei zueinander rechtwinklige Richtungen zum Kreuz gezogene Pyramide. Auch diese Pyramiden können durch Pyramidenstümpfe ersetzt sein. Alternativ könnten auch über die gesamte Ausdehnung einer Breitseite 10 oder 11 ausgeführte Prismen als Auskoppelelemente verwendet werden. Es gibt viele weitere Möglichkeiten zur Gestaltung von Auskoppelelementen. Die Anstellwinkel der vier Pyramidenflächen (und der Fläche der anderen Auskoppelelemente) können zum Beispiel unterschiedlich sein. Die in den 9, 10 und 11 dargestellten Auskoppelelemente 32, 34, 26, 38 sollen insofern lediglich als Beispiele dienen.
12 zeigt wiederum eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Elemente der Erfindung aufweisenden Lichtleiterplatte 12. Der Zuleitungsarm 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel gebogen. Sein Querschnitt nimmt, wie weiter oben beschrieben, von seiner Lichteintrittsfläche 22 ausgehend bis zu seinem Übergangsquerschnitt 28 zumindest abschnittsweise zu. Die Kerbe 40 kurz vor dem Übergangsquerschnitt 28 entsteht dadurch, dass aufgrund der Krümmung des Zuleitungsarms des Lichtleiters 12 ein Bereich der Zuleitung nicht von Strahlen durchlaufen wird. Dieser nutzlose Bereich wurde entfernt. Dies bietet die Möglichkeit, im Anschluss an die Kerbe 40 eine stärkere Querschnittszunahme pro Längeneinheit folgen zu lassen, was die erwünschte Öffnungswinkelverringerung verstärkt. Der Zuleitungsarm 26 ist darüber hinaus weiterhin so ausgeführt, dass er knapp neben der Lichtleiterecke, die durch rechtwinklig aneinander stoßende Schmalseiten 14 entsteht, in die übrige Lichtleiterplatte 12 mündet und die zugeleiteten Strahlen zu den Schmalseitenabschnitten um den Winkel 45° herum streuen. Der Begriff der übrigen Lichtleiterplatte bezeichnet jeweils die Lichtleiterplatte ohne Zuleitungsarm(e) .
Eine Breitseite der Lichtleiterplatte weist eine Vielzahl von Auskoppelelementen 32, 34, auf. Die Auskoppelelemente 32, die in der Lichtausbreitungsrichtung am nächsten zu dem Übergangsquerschnitt 28 liegen, mit dem der Zuleitungsarm 26 in die übrige Lichtleiterplatte 12 übergeht, sind kleiner ausgeführt, als weiter von dem Übergangsquerschnitt 28 entfernt angeordnete Auskoppelelemente 34, da sie andernfalls heller leuchten würden als die weiter von dem Übergangsquerschnitt entfernt angeordneten Auskoppelelemente 34. Eine effektive Auskopplung kann nur über eine der Breitseiten, nicht aber über die Schmalseiten 14 und deren Teilflächen erfolgen. Dies führt dazu, dass ein beträchtlicher Bereich der Lichtleiterplatte 12, der durch die Teilflächen 14.1, 14.2 der Schmalseitenabschnitte 14 begrenzt wird, als nicht leuchtend erscheinen kann. Eine Verringerung dieses unerwünschten Effekts lässt sich dadurch erreichen, dass man die Schmalseitenabschnitte 14 nicht nur in zwei zueinander senkrechte Teilflächen 14.1, 14.2, sondern in mehrere Paare von zueinander senkrechten Teilflächen unterteilt, wobei die Teilflächen eines Paars jeweils durch eine parallel zu den Breitseiten 10, 11 verlaufende Kante getrennt sind.
13 zeigt einen Teil eines Querschnitts einer Lichtleiterplatte 12. Die Schnittebene liegt parallel zu einer Schnittebene, wie sie in der 3 mit Bezug auf die 5 dargestellt ist. Eine Schmalseite 14 ist in n - zwei Paare 14.4, 14.5 von zueinander senkrechten Teilflächen aufgeteilt ist, wobei die Teilflächen eines Paars jeweils durch eine parallel zu Rändern der Breitseiten verlaufende Kante 14.6 voneinander getrennt sind. Von den Teilflächen eines Paares sind in der 10 jeweils Kanten zu sehen, welche Katheten eines rechtwinkligen Dreiecks bilden. Die Höhen dieser Dreiecke sind nur halb so hoch wie die Höhe eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen Basislänge dem Abstand der Breitseiten 10,11 entspricht. Die Höhe h eines dieser Dreiecke entspricht jeweils der Breite eines in der Draufsicht nicht leuchtend erscheinenden Randstreifens der Lichtleiterplatte 12. Die Breite dieses Streifens nimmt also mit der Zahl n von Paaren von Dreiecksprofilen ab, deren Basislängen aneinander anschließen und deren Gesamtlänge der Basislängen dem Abstand der Breitseiten 10,11 voneinander entsprechen. Die Zahl n der Paare ist im Prinzip nicht beschränkt und liegt bevorzugt zwischen einschließlich 1 und einschließlich 10.
14 zeigt eine Draufsicht auf eine Lichtleiterplatte 12, bei der fünf verschiedene Ausgestaltungen verwirklicht sind. Die Ausgestaltungen können bei einer Lichtleiterplatte 12 jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander verwirklicht werden.
In der Draufsicht wird die Lichtleiterplatte 12, abgesehen von Zuleitungsarmen 26 durch Schmalseitenabschnitte 14 begrenzt, die jeweils paarweise in einem rechten Winkel aufeinander stoßen, ohne dass sich dabei eine Rechteckform ergeben muss.
Ein Übergangsquerschnitt 28, mit dem ein Zuleitungsarm 26 in die übrige Lichtleiterplatte 12 übergeht, muss nicht in einer Ecke zwischen zwei rechtwinklig aufeinander zulaufenden Schmalseitenabschnitten 14 angeordnet sein. Ein oder mehrere Zuleitungsarme können auch zwischen zwei Schmalseiten 14, die parallel oder in einer Flucht verlaufen, in die übrige Lichtleiterplatte 12 einmünden. Es können auch mehrere Zuleitungsarme 26 vorhanden sein, die an voneinander verschiedenen Ecken der übrigen Lichtleiterplatte in diese einmünden. Diese Ausgestaltungen können miteinander kombiniert werden.
Es muss auch nicht die gesamte Fläche einer Breitseite, zum Beispiel einer Breitseite 10, mit Auskoppelelementen versehen sein. Die Autoindustrie gibt in der Regel Bereiche vor, die leuchtend erscheinen sollen. Ein Beispiel eines solchen Bereichs 42 ist in der 14 mit einer punktierten Linie markiert. Die Auskoppelelemente sind in einer Ausgestaltung innerhalb des von der Linie umschlossenen Bereichs 42 angeordnet. In einer alternativen Ausgestaltung sind die Auskoppelelemente außerhalb des von der Linie umschlossenen Bereichs 42, zum Beispiel einem zum Bereich 42 komplementären Bereich 44 angeordnet.
Die Profilierung der Schmalseitenabschnitte mit Kanten und Teilflächen, wie sie unter Bezug auf die 2 - 5 und 7 bis 10 erläutert worden ist, ist in der 11 nicht dargestellt, wird aber bei realen Lichtleiterplatten vorhanden sein.
15 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung einer Lichtleiterplatte 12. Auch hier gilt, dass die Profilierung der Schmalseitenabschnitte 14 mit Kanten und Teilflächen, wie sie unter Bezug auf die 2 - 5 und 7 bis 10 erläutert worden ist, nicht dargestellt ist, aber bei realen Lichtleiterplatten vorhanden sein wird. Dasselbe gilt für in der 15 nicht dargestellte Zuleitungsarme.
15 veranschaulicht insbesondere die Möglichkeit, dass die Lichtleiterplatte 12 eine oder mehrere Öffnungen 46, 48 aufweist. Die Öffnungen können, wie die Öffnung 46, durch einen die Öffnung vollständig umlaufenden Rand begrenzt sein. Alternativ können die Öffnungen auch zu einer Seite offen sein, wie es bei der Öffnung 48 der Fall ist. Innerhalb der Öffnungen 46, 48 können zum Beispiel lichtabstrahlende Komponenten 50 angeordnet sein, mit denen die Lichtfunktion der Lichtleiterplatte ergänzt wird oder mit denen eine weitere Lichtfunktion verwirklicht wird. Unter einer Lichtfunktion wird hier die Erzeugung einer regelkonformen Lichtverteilung einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung verstanden, zum Beispiel die Erzeugung einer Signallichtverteilung wie Bremslicht, Blinklicht, Schlusslicht, Tagfahrlicht, ohne dass diese Liste abschließend gemeint ist.
16 zeigt eine Draufsicht auf eine Lichtleiterplatte 12, bei der sich die profilierten Schmalseitenabschnitte 14 nur über Teilstücke der die Lichtleiterplatte 12 umlaufend begrenzenden Schmalseite erstrecken. 16 zeigt ebenfalls eine Ausgestaltung der Lichtleiterplatte 12, bei der die Lichtleiterplatte 12 eine oder mehrere Abzweigungen 52, 54, 56, 58 aufweist. In den Abzweigungen sind Auskoppelelemente angeordnet, wie sie unter Bezug auf die 9 -12 beschrieben worden sind. Dies gilt insbesondere für die von links aus betrachtet erste Abzweigung 52 und die von links aus betrachtet dritte Abzweigung 56. Die Auskoppelelemente sind in der 16 nicht im Einzelnen dargestellt
Der punktiert dargestellte Rand der von links aus betrachtet dritten Abzweigung 56 repräsentiert eine Abzweigung, die nicht mehr in der gleichen Ebene liegt wie die übrige Lichtleiterplatte 12 und zum Beispiel nach unten oder oben aus der Zeichnungsebene herausragt.
17 zeigt einen Schnitt durch ein distales Ende einer Abzweigung 58. An den distalen Enden der Abzweigung 58 kann die dieses Ende bildende Schmalseite an Stelle der v-förmigen Profilierung, bei der die Schmalseite in wenigstens zwei Teilflächen aufgeteilt ist, auch Auskoppelelemente enthalten, wie sie in der 17 dargestellt sind. Diese Art der Schmalseite wird im Folgenden auch als schräge Endauskopplungsfläche 60 bezeichnet.
Diese Endauskopplungsfläche 60 zeichnet sich dadurch aus, dass eine Projektion ihrer ihr distales Ende bildenden Schmalseite 14 in die Ebene einer Breitseite der Lichtleiterplatte 12 in der Breitseite selbst (und nicht etwa in einer Teilfläche der Schmalseite) liegt. Licht 18, das aus dem Inneren der Abzweigung auf die das distale Ende begrenzende schräge Endauskopplungsfläche 60 fällt, wird dann dort so steil auf die Breitseite reflektiert, dass es dort nicht mehr reflektiert wird, sondern aus der Lichtleiterplatte 12 austritt.
Bei der von links aus betrachtet zweiten Abzweigung 54 stehen die schrägen Endauskopplungsflächen senkrecht zu vom Inneren der Lichtleiterplatte 12 einfallenden Licht 18. Bei der vierten Abzweigung 58 von links wird das Licht durch den zum distalen Ende der Abzweigung hin zunehmenden Querschnitt der Abzweigung 58 nahezu senkrecht zur schrägen Endauskoppelschräge 60 gerichtet.
Diese Art der Auskopplung aus der Abzweigung mittels schrägen Endauskopplungsflächen 60 kann als einzige Art der Auskopplung aus der Abzweigung verwendet werden, oder sie kann auch in Kombination mit der Auskopplung verwendet werden, wie sie zum Beispiel unter Bezug auf die 9 - 12 erläutert worden ist. Zuleitungsarme wie sie in vorhergehenden Figuren dargestellt und der jeweils zugehörigen Beschreibung auch erläutert worden sind, sind in der 16 nicht dargestellt, werden bei realen Ausführungsbeispielen aber vorhanden sein.
18 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 100, bei der eine Lichtleiterplatte 12 der oben beschriebenen Art in ein Abblendlichtmodul integriert ist. Das Abblendlichtmodul und die Lichtleiterplatte sind im Innenraum eines Gehäuses 102 angeordnet, dessen Lichtaustrittsöffnung von einer transparenten Abdeckscheibe 104 abgedeckt wird. Licht 106 einer Abblendlichtquelle 108 wird von einer Primäroptik 110, bspw. einem Reflektor in einen Fokalbereich 111 gebündelt, in den eine Spiegelblende 110 hineinragt. Eine abbildende Linse 112, die auf den Fokalbereich der Primäroptik 110 fokussiert ist, bildet den Fokalbereich 111 mit einer durch die Spiegelblende definierten Hell-Dunkel-Grenze auf die Fahrbahn ab.
Unterhalb der Spiegelblende 110 ist eine Lichtleiterplatte 12 der in dieser Anmeldung beschriebenen Art angeordnet, die von einer Halbleiterlichtquelle als Leuchtmittel 16 gespeist wird. Der von der Halbleiterlichtquelle in die Lichtleiterplatte eingespeiste Lichtstrom ist kleiner als der von der Abblendlichtquelle in den Abblendlichtstrahlengang eingespeiste Lichtstrom.
Das aus der Breitseite der Lichtleiterplatte austretende Licht 18 wird von der abbildenden Linse 100 in einen oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze des Abblendlichtes 106 liegenden Raumwinkelbereich gerichtet und lässt die abbildende Linse 112 dadurch für einen Betrachter, der sich vor dem Fahrzeug (das mit der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 100 ausgerüstet ist) befindet und in die abbildende Linse 112 schaut, leuchtend erscheinen. Die Lichtleiterplatte 12 wird bei ausgeschaltetem Leuchtmittel 16 durch die abbildende Linse 112 verdeckt.
Alternativ zu dem in der 18 dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine Lichtleiterplatte 12 der hier vorgestellten Art auch in Alleinstellung, d.h. ohne Abblendlichtmodul, hinter einer transparenten Abdeckscheibe 104 angeordnet sein. Sie ist dann unabhängig davon, ob die das sie mit Licht 18 speisende Leuchtmittel 16 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, sichtbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6755547 B2 [0001, 0004]

Claims

Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) mit einer Lichtleiterplatte (12), die eine erste Breitseite (10) und eine zweite Breitseite (12) und eine zwischen einem Rand (10.1) der ersten Breitseite (10) und einem Rand (11.1) der zweiten Breitseite (11) liegende und die erste Breitseite (10) mit der zweiten Breitseite (11) verbindende Schmalseite aufweist, welche Schmalseite wenigstens zwei Schmalseitenabschnitte (14) aufweist, die in einem rechten Winkel aufeinander stoßen, dadurch gekennzeichnet, dass beide aufeinander stoßende Schmalseitenabschnitte (14) jeweils eine in dem jeweiligen Schmalseitenabschnitt (14) verlaufende Kante (14.3) aufweisen, welche den jeweiligen Schmalseitenabschnitt (14) in zwei zueinander senkrechte und gleich große Teilflächen (14.1, 14.2) aufteilt, die von jeweils einem Rand (10.1, 11.1)einer Breitseite (10, 11) und der Kante (14.3) begrenzt werden und dass die Kante (14.3) und der Rand (10.1, 11.1)äquidistant verlaufen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) wenigstens ein Leuchtmittel (16) und wenigstens einen Zuleitungsarm (26) aufweist, der ein erstes Ende (24) aufweist, an dem eine dem Leuchtmittel (16) zugewandte Lichteintrittsfläche (22) angeordnet ist und dessen zweites Ende (29) mit einem Übergangsquerschnitt (28) in die Schmalseite der Lichtleiterplatte (12) übergeht.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsarm (26) gebogen ist.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsarm (26) mit der Schmalseite einen Winkel von 35° bis 55° einschließt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsarm (26) mit der Schmalseite einen Winkel von 40° bis 50° einschließt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitungsarm (26) mit der Schmalseite einen Winkel von 45° einschließt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht zu der Hauptpropagationsrichtung von Licht (18) des Leuchtmittels (16) im Zuleitungsarm (26) liegende Querschnitt des Zuleitungsarms (26) von seiner Lichteintrittsfläche (22) ausgehend bis zu seinem Übergangsquerschnitt (28) zumindest abschnittsweise stetig zunimmt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein an einer Ecke einer rechteckigen Lichtleiterplatte (12) angeordneter Zuleitungsarm (26) in Bezug auf seine Querschnittsvergrößerung dazu eingerichtet ist, ein aus ihm austretende Bündel von Licht (18) des Leuchtmittels (16) in einen Gesamtöffnungswinkel von 40° zu bündeln.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Breitseite (10, 11) oder beide Breitseiten (10, 11) eingeformte Auskoppelelemente (32, 34, 36, 38) geneigte Flächen aufweisen, die senkrecht zum 45°-Bündelmittelstrahl des Lichtes (18) gerichtet sind.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (32, 34, 36, 38) als Vertiefung und/oder Erhöhung in eine Breitseite (10, 11) der Lichtleiterplatte (12) eingeformt sind.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (32, 34, 36, 38) Flächen aufweisen, die so geneigt sind, dass an ihnen reflektiertes Licht (18) des Leuchtmittels (16) an einer der Breitseite (11) gegenüberliegenden Breitseite (10) die Bedingung für interne Totalreflexion nicht mehr erfüllen und somit unter Brechung aus der Lichtleiterplatte (12) austritt.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (32, 34, 36, 38) eine Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen mit quadratischer Grundfläche aufweisen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (32, 34, 36, 38) eine Form einer in einer ersten Richtung in die Länge gezogenen Pyramide oder Pyramidenstumpfs aufweisen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelelemente (32, 34, 36, 38) eine Form einer in einer in zwei zueinander rechtwinklige Richtungen zum Kreuz gezogenen Pyramide oder Pyramidenstumpfs aufweisen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiterplatte (12) eine oder mehrere Öffnungen (46, 48) aufweist.