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Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul, eine Lichtleiteranordnung, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug.
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Lichtmodule, welche mittels einer Lichtquelle und einem Lichtleiter aufgebaut werden, sind allgemein bekannt.
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Des Weiteren sind sogenannte Kollimatoren bekannt, welche aus einer gegebenen Lichtverteilung eine Abstrahllichtverteilung generieren, welche bevorzugt Lichtstrahlen umfasst, die parallel zueinander sind. Kollimatoren gehen üblicherweise mit einem hohen Materialeinsatz und verhältnismäßig großen Dimensionen einher.
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Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten Kollimator aus Vollmaterial zu vermeiden.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Lichtmodul gemäß dem Anspruch 1, eine Lichtleiteranordnung gemäß einem nebengeordneten Anspruch, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß einem nebengeordneten Anspruch und ein Kraftfahrzeug gemäß einem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Ein erster Aspekt dieser Beschreibung betrifft ein Lichtmodul einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lichtmodul eine Lichtquelle und einen Lichtleiter umfasst, wobei der Lichtleiter umfasst: eine Lichteinkoppelfläche; einen sich an die Lichteinkoppelfläche anschließenden Lichtleitabschnitt mit zwei sich gegenüberliegenden Lichtleitflächen, wobei der Lichtleiter im Bereich der jeweiligen Lichtleitfläche eine flache Einsenkung, deren Tiefe ausgehend von der Lichteinkoppelfläche hin zu einer Lichtauskoppelfläche abnimmt, umfasst; und die sich an den Lichtleitabschnitt anschließende konvex gekrümmte Lichtauskoppelfläche.
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Die bereitgestellte flache Einsenkung ermöglicht es, einen kompakten Lichtleiter bereitzustellen und gleichzeitig eine gewünschte Lichtverteilung vom Lichtleiter abzustrahlen. So können verhältnismäßig große Lichtleiter vermieden werden. Insbesondere wird ermöglicht, dass die vom Lichtleiter abgestrahlte Lichtverteilung eine ausgeprägte Hell-Dunkel-Grenze aufweist. Dies ermöglicht einen größeren Anwendungsbereich beispielweise als Abblendlicht.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichteinkoppelfläche, wenigstens eine der sich gegenüberliegenden Lichtleitflächen und die Lichtauskoppelfläche derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein von der Lichteinkoppelfläche stammender und an einer der Lichtleitflächen reflektierter Lichtstrahl so aus der Lichtauskoppelfläche austritt, dass er wie ein Lichtstrahl, der den Lichtleitabschnitt ohne Reflexion passiert, auf einem Horizont landet.
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Die Lichtleitflächen ersetzen damit die Funktion einer gedachten Vergrößerung der Lichtauskoppelfläche, welche mit einem erhöhten Materialeinsatz einherginge.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtauskoppelfläche in einem Schnitt mit einer gedachten Mittenebene, welche sich zwischen den sich gegenüber liegenden Lichtleitflächen befindet, den größten Krümmungsgrad aufweist.
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Die gekrümmten Lichtleitflächen erlauben es damit, die Lichtstrahlen so zu reflektieren, dass sie mit einem Winkel auf die gekrümmte Lichtauskoppelfläche treffen, der die gewünschte Auskopplung erlaubt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kante zwischen der jeweiligen Lichtleitfläche und der Lichteinkoppelfläche eine Öffnungsweite und eine lotrecht zur Öffnungsweite verlaufende Öffnungstiefe aufweist, wobei die Öffnungsweite größer ist als die Öffnungstiefe.
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Vorteilhaft wird damit eine Sanduhr-förmige Einkoppelfläche bereitgestellt, die in die jeweilige Lichtleitfläche übergeht.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Verhältnis der Öffnungsweite zu der Öffnungstiefe größer als vier ist, insbesondere größer als acht ist, und insbesondere größer als zehn ist.
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Damit wird ein Verhältnis der Öffnungsweite zur Öffnungstiefe bereitgestellt, welches die Größe des Lichtleiters bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Leuchtfunktion reduziert.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Krümmungsgrad der flachen Einsenkung ausgehend von einer bzw. der Kante zwischen der Lichteinkoppelfläche und einer der Lichtleitflächen bis zu einer Kante zwischen der Lichtleitfläche und der Lichtauskoppelfläche monoton abnimmt und/oder abschnittsweise gleichbleibt.
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Vorteilhaft vereinfacht die monotone Abnahme des Krümmungsgrads die Herstellung, da der Lichtleiter einfach aus einem Werkzeug entformt werden kann.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den sich gegenüberliegenden Lichtleitflächen wenigstens eine Begrenzungsfläche derart angeordnet ist, dass von der Lichteinkoppelfläche stammende Lichtstrahlen nicht auf die Begrenzungsfläche treffen.
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Damit liegt die wenigstens eine Begrenzungsfläche im Schatten einer Kante, welche sich zwischen der Begrenzungsfläche und der Lichteinkoppelfläche befindet. Mithin hat die Begrenzungsfläche keine Wirkung auf die von dem Lichtleiter abgestrahlte Lichtverteilung.
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Ein zweiter Aspekt der Beschreibung betrifft eine einstückige Lichtleiteranordnung, welche eine Mehrzahl von Lichtmodulen gemäß einem der vorigen Ansprüche umfasst, wobei wenigstens ein Verbindungsabschnitt die Mehrzahl der Lichtleiter miteinander verbindet, und wobei der Verbindungsabschnitt zwischen den Lichtleitflächen angeordnet an den jeweiligen Lichtleiter angeformt ist.
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Vorteilhaft können somit mehrere Lichtleiter miteinander verbunden werden, wobei sich durch die Anformung des Verbindungsabschnitts zwischen den jeweiligen Lichtleitflächen keine optische Wirkung durch den Verbindungsabschnitt auf die vom jeweiligen Lichtleiter abgestrahlte Lichtverteilung ergibt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl die Mehrzahl der Lichtleiter als auch der Verbindungsabschnitt aus dem gleichen Material gefertigt sind.
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Vorteilhaft können somit mehrere Lichtleiter ohne weitere Hilfsmittel miteinander verbunden werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichteinkoppelflächen wenigstens eines Teils der Lichtleiter in einer gemeinsamen gedachten Ebene liegen.
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Vorteilhaft kann durch diese Anordnung der Lichteinkoppelflächen ein gemeinsamer Träger für die dem jeweiligen Lichtleiter zugeordneten Lichtquellenbauelemente vorgenommen werden, was die Lichtleiteranordnung günstiger fertigen lässt.
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Ein dritter Aspekt betrifft eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Beleuchtungseinrichtung das Lichtmodul gemäß dem ersten Aspekt und/oder eine Lichtleiteranordnung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst.
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Ein vierter Aspekt betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Lichtmodul in schematischer perspektivischer Darstellung;
- 2 eine Draufsicht auf einen Lichtleiter;
- 3 eine Lichtleiteranordnung; und
- 4 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt ein Lichtmodul 100 einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs in schematischer perspektivischer Darstellung. Das Lichtmodul 100 umfasst eine Lichtquelle 102 und einen Lichtleiter 104. Der Lichtleiter 104 umfasst eine Lichteinkoppelfläche 106, einen sich an die Lichteinkoppelfläche 106 anschließenden Lichtleitabschnitt 108, und eine sich an den Lichtleitabschnitt 108 anschließende konvex gekrümmte Lichtauskoppelfläche 116.
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Die Lichteinkoppelfläche 106 ist eben oder leicht gekrümmt ausgebildet und weist in einer Draufsicht auf die Lichteinkoppelfläche 106 die Form einer Sanduhr auf. Die Lichteinkoppelfläche 106 wandelt das unter einem großen Öffnungswinkel von der Lichtquelle 102 abgegebene Lichtbündel in ein Lichtbündel mit einem materialabhängigen maximalen Öffnungswinkel um.
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Der Lichtleitabschnitt 108 umfasst zwei sich gegenüberliegende Lichtleitflächen 110, 112. Der Lichtleiter 104 umfasst im Bereich der jeweiligen Lichtleitfläche 110, 112 eine flache Einsenkung 114, deren Tiefe ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 106 hin zu einer Lichtauskoppelfläche 116 abnimmt. Vorliegend ist die Einsenkung 114 zentriert angeordnet.
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Durch die flache Einsenkung 114 ergibt sich eine jeweilige konkave Krümmung der sich gegenüberliegenden Lichtleitflächen 110, 112. Der Krümmungsgrad der konkaven Krümmung nimmt ausgehend von der Lichteinkoppelfläche 106 in Richtung der Lichtauskoppelfläche 116 ab. Die Lichtleitflächen 110, 112 sind also derart gekrümmt, dass Strahlen, die an diesen Flächen reflektiert werden, so auf die Lichtauskoppelfläche 116 treffen, dass sie nach dem Durchtritt durch die Lichtauskoppelfläche 116 unter Brechung zum Aufbau der Hell-Dunkel-Grenze beitragen.
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Die Lichtleitflächen 110, 112 sind vorliegend bis auf die Orientierung gleich ausgestaltet. Die Lichtleitflächen 110, 112 können aber auch unterschiedlich ausgebildet sein.
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Die Lichtauskoppelfläche 116 ist derart ausgebildet, dass Licht, das direkt von der Lichteinkoppelfläche 106 kommt - also ohne Reflexion an den Lichtleitflächen 110, 112 und unter Brechung austritt - eine bestimmte vorgegebene erste Zwischenlichtverteilung aufweist. Die Lichtleitflächen 110 und 112, die eine zweite Zwischenlichtverteilung erzeugen, werden mittels des Wellenfrontenverfahrens ermittelt. Die erste und die zweite im Lichtleiter 104 vorhandene Zwischenlichtverteilung resultieren gemeinsam bei Auskopplung über die Lichtauskoppelfläche 116 in der vom Lichtleiter 104 abgestrahlten Lichtverteilung.
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Die Lichteinkoppelfläche 106, wenigstens eine der sich gegenüberliegenden Lichtleitflächen 110 und 112 und die Lichtauskoppelfläche 116 sind also derart aufeinander abgestimmt, dass ein von der Lichteinkoppelfläche 106 stammender und an einer der Lichtleitflächen 110 und 112 reflektierter Lichtstrahl 118 so aus der Lichtauskoppelfläche 116 austritt, sodass er wie ein Lichtstrahl 120, der den Lichtleitabschnitt 108 ohne Reflexion passiert, auf einem Horizont landet. So starten die Lichtstrahlen 118 und 120 in einem Bereich 130 der Einkoppelfläche 106 verhältnismäßig nah beieinander, verlassen aber den Lichtleiter 104 in einem Bereich 140 der Auskoppelfläche 116 verhältnismäßig entfernt voneinander.
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Zwischen den sich gegenüberliegenden Lichtleitflächen 110 und 112 befindet sich wenigstens eine Begrenzungsfläche 122, 124, welche derart angeordnet ist, dass von der Lichteinkoppelfläche 106 stammende Lichtstrahlen nicht auf die Begrenzungsfläche 122, 124 treffen. Die beiden Begrenzungsflächen 122, 124 werden unter einem Winkel zur Senkrechten auf der Lichteinkoppelfläche 106 aufgebaut, der größer ist als der maximale Winkel, den Lichtstrahlen zu dieser Senkrechten aufweisen können. Der materialabhängige maximale Öffnungswinkel beträgt 39° bei PC oder 42° bei PMMA. Damit ist sichergestellt, dass die Begrenzungsflächen 122, 124 nicht von Lichtstrahlen getroffen werden können. Die Form der Begrenzungsflächen 122, 124 ist also beliebig und kann der Einfachheit halber eben gewählt werden. Die Begrenzungsflächen 122, 124 haben keine optische Wirkung und können deshalb weitere Funktionen erfüllen, beispielsweise als Befestigung oder Verbindung zu weiteren optisch wirksamen Teilen dienen.
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Ein gedachter Bereich 150 deutet eine Größe eines gedachten Kollimators an, welcher durch den beschriebenen Lichtleiter 104 ersetzbar ist.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Lichtleiter 104. Zur besseren Erläuterung sind yz-Schnitte des Lichtleiters 104 dargestellt. Eine jeweilige Kante 204, 214 zwischen der jeweiligen Lichtleitfläche 110, 112 und der Lichteinkoppelfläche 106 weist eine Öffnungsweite W und eine lotrecht zur Öffnungsweite W verlaufende Öffnungstiefe T auf. Die Öffnungsweite W ist größer als die Öffnungstiefe T. Ein Verhältnis der Öffnungsweite W zu der Öffnungstiefe T ist größer als vier, insbesondere größer als acht, und insbesondere größer als zehn. Mit zunehmendem Abstand von der Lichteinkoppelfläche 106 wird der Durchlassbereich der Sanduhrform also immer größer, die Krümmung der wirksamen Lichtleitflächen 110, 112 also geringer. Der streng monotone Zuwachs der Größe der gezeigten Schnitte ermöglicht, dass das optische Element senkrecht zur Papierebene aus einem Werkzeug entformt werden kann.
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Ein Krümmungsgrad der flachen Einsenkung 114 nimmt ausgehend von der Kante 204, 214 zwischen der Lichteinkoppelfläche 106 und einer der Lichtleitflächen 110 und 112 bis zu einer Kante 206, 216 zwischen der Lichtleitfläche 110, 112 und der Lichtauskoppelfläche 116 monoton ab und/oder bleibt abschnittsweise gleich.
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In einem Beispiel sind die vorgenannten Lichtleitflächen 110 und 112 glatte Flächen, was bedeutet, dass die Lichtleitflächen 110 und 112 keine Knicke oder Sprünge umfassen.
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Die Lichtauskoppelfläche 116 aus 1 hat in einem Schnitt mit einer gedachten Mittenebene 202, welche sich zwischen den sich gegenüber liegenden Lichtleitflächen 110, 112 befindet, den größten Krümmungsgrad.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Form des Lichtleiters 102 erzeugt aufgrund der geringen Krümmung der Lichtauskoppelfläche 116 lotrecht zur Mittenebene 202 nur eine geringe sammelnde Wirkung. Dies führt zu einer großen horizontalen Ausdehnung der abgestrahlten Lichtverteilung, d. h. in y-Richtung.
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Eine durch eine nicht gezeigte Rotation des Schnittes der Lichtauskoppelfläche 116 durch die Mittenebene 202 um eine zur Lichteinkoppelfläche 106 senkrechten Achse erzeugt eine punktförmige Lichtverteilung. Durch entsprechende Wahl der Krümmung der Lichtaustrittsfläche wird der horizontale Anteil der Verteilung gesteuert.
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3 zeigt eine einstückige Lichtleiteranordnung 300 in einer perspektivischen Darstellung. Die Lichtleiteranordnung 300 umfasst eine Mehrzahl von Lichtmodulen 100 gemäß den vorigen Figuren. Wenigstens ein Verbindungsabschnitt 320 verbindet die Mehrzahl der Lichtleiter 104, 302-310 miteinander. Der Verbindungsabschnitt 320 ist zwischen den Lichtleitflächen 110, 112 angeordnet und an den jeweiligen Lichtleiter 104, 302-310 angeformt.
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Sowohl die Mehrzahl der Lichtleiter 104, 302-310 als auch der Verbindungsabschnitt 320 sind aus dem gleichen Material gefertigt.
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Die Lichteinkoppelflächen wenigstens eines Teils der Lichtleiter 104, 302-310 befinden in einer gemeinsamen gedachten Ebene. Den Lichtleitern 104, 302-310 zugeordnete Lichtquellen sind auf einem gemeinsamen Träger wie beispielsweise einer Leiterplatte angeordnet und beleuchten die jeweilige Lichteinkoppelfläche des zugeordneten Lichtleiters 104, 302-310.
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4 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 400 für ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung 400 umfasst das Lichtmodul 100, welches in einem Gehäuse 402 angeordnet ist. Das Lichtmodul 100 wird mittels eines Steuergeräts 404 zu einer Abstrahlung von Licht betrieben. Das von dem Lichtmodul 100 abgestrahlte Licht trifft auf eine transparente Abdeckscheibe 406, welche eine Lichtdurchtrittsöffnung des Gehäuses 402 verschließt. Von der Abdeckscheibe 406 wird eine Abstrahllichtverteilung 408 abgestrahlt.
