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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter, der mindestens ein Lichtauskopplungselement aufweist.
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Stand der Technik
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Lichtleiter mit Lichtauskopplungselemente sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Es werden beispielsweise im Interieur von Fahrzeugen Lichtleiter zur Ambientebeleuchtung oder zur Ausleuchtung von Bedienelementen und insbesondere als unterstützende Designelemente verwendet. Zur Auskopplung des Lichts aus dem Lichtleiter werden Lichtauskopplungselemente verwendet, die unter Einsatz von weiteren Elementen, wie beispielsweise weißen Reflektoren, Streuscheiben bzw. Diffusoren für ein angenehmes homogenes Licht sorgen sollen.
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Aus der
DE 10 2016 121 475 A1 ist ein Lichtleiter bekannt, der mehrere an seiner Oberfläche voneinander beabstandete, sphärisch gekrümmte Lichtauskopplungsbereiche mit einer jeweiligen Höhe und einem jeweiligen Radius aufweist. Durch die Anordnung der sphärisch gekrümmten Lichtauskopplungsbereiche soll eine flächig gleichmäßige Beleuchtung bereitgestellt werden.
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Die
DE 10 2017 114 268 A1 offenbart einen plattenförmigen, länglichen Lichtleiter mit einer lichtauskoppelnden Flachseite und zwei quer zu einer Längsrichtung verlaufenden Lichteinkopplungskanten sowie ein längliches Lichtleitersegment. Das Lichtleitersegment weist einen Tangentenwinkel in einem Gradbereich zwischen 20° und 55° auf. Durch die Wahl des Tangentenwinkels soll unerwünschte Streuung an Kanten oder Übergängen des Lichtleitersegments reduziert werden und eine möglichst homogene Abstrahlung von Nutzlicht ermöglicht werden.
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Allerdings besteht bei einer Integration der aus dem Stand der Technik bekannten Lichtleiter in das Interieur eines Fahrzeugs das Problem, dass zum Erreichen einer ausreichenden Beleuchtung weitere Elemente, wie beispielsweise eine Streuscheibe, nötig sind.
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Die Streuscheibe erfüllt dort einerseits die Aufgabe, dass eine direkte Sicht auf den Lichtleiter bzw. auf einzelne Auskoppelelemente hiervon verhindert wird. Andererseits hat die Streuscheibe die Aufgabe, die Hauptrichtung des ausgekoppelten Lichts aus dem Lichtleiter, die typischerweise nur ca. 40° relativ zu einer Austrittsfläche des Lichtleiters beträgt, auf einen Betrachtungsbereich zu vergrößern und umzulenken, der von typischen Betrachter-Positionen aus gut erkennbar ist. Dieser Betrachtungsbereich liegt üblicherweise in einem Bereich von 65° bis 90° relativ zu der Austrittsfläche des Lichtleiters. Der Streuungseffekt der Streuscheibe wird somit dazu verwendet, eintretende Lichtstrahlen umzulenken, so dass der Betrachter das Licht von den typischen Betrachter-Positionen aus sehen kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lichtleiter anzugeben, der die oben genannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik ausräumt. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtleiter anzugeben, bei dem auf die Verwendung einer Streuscheibe verzichtet werden kann und der eine direkte und homogene Lichtauskopplung ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einen Lichtleiter anzugeben, der mindestens ein Lichtauskopplungselement aufweist, wobei das Lichtauskopplungselement im Querschnitt betrachtet zumindest einen teilkreisförmigen Spitzenbereich, einen mit dem teilkreisförmigen Spitzenbereich verbundenen ersten linearen Bereich und einen mit dem ersten linearen Bereich verbundenen zweiten linearen Bereich aufweist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lichtleiter um einen im Interieur eines Fahrzeuges angeordneten Lichtleiter. Der Lichtleiter kann ein transparenter Körper sein, beispielsweise aus Kunststoff (zum Beispiel Epoxidharz, PC, PMMA, ABS, Silikon, usw.) oder aus Glas. Der Lichtleiter kann ferner dazu ausgebildet sein, Licht durch innere Totalreflexion zu leiten.
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Das Lichtauskopplungselement kombiniert einen teilkreisförmigen Spitzenbereich mit zumindest zwei linearen Bereichen, so dass insgesamt eine Auskopplung des Lichts erreicht werden kann, die sich einem Winkelbereich von 65° bis 90 bezüglich der Austrittsfläche des Lichtleiters annähert. Entsprechend kann auf die Verwendung einer Streuscheibe verzichtet werden. Einerseits können hierdurch Kosten gespart werden und andererseits können neue Beleuchtungskonzepte im Interieur umgesetzt werden, die neue Möglichkeiten für Designs schaffen. Außerdem können leuchtende Symbole direkt auf dem Lichtleiter dargestellt werden. Vorteilhafterweise ist auch eine Nachbildung von OLEDs (organischen Leuchtdioden) möglich.
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Vorzugsweise liegt der Radius des teilkreisförmigen Spitzenbereichs in einem Bereich zwischen 0,03 mm und 0,3 mm, besonders bevorzugt beträgt der Radius etwa 0,1 mm.
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Selbstverständlich können mehrere Lichtauskopplungselemente in dem Lichtleiter ausgebildet sein. Um eine homogene Lichtwirkung des ausgekoppelten Lichts zu erreichen, können die Abstände zwischen den Lichtauskopplungselementen variiert werden. Beispielsweise können die Abstände zwischen den Lichtauskopplungselementen mit zunehmender Entfernung von einer Lichtquelle kleiner werden. Das heißt die Dichte der Lichtauskopplungselemente wird größer. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Größe, insbesondere die Höhe der Lichtauskopplungselemente mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle zunimmt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Lichtauskopplungselement bezüglich einer Symmetrieachse symmetrisch ausgebildet, wobei die Symmetrieachse zentral durch den teilkreisförmigen Spitzenbereich verläuft.
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Das Lichtauskopplungselement ist im Querschnitt betrachtet somit zumindest spiegelsymmetrisch aufgebaut.
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Beispielsweise kann die Form des Lichtauskopplungselements in Richtung der Symmetrieachse betrachtet als Quader mit vorzugsweise abgerundeten (halbkreisförmigen) Enden an den schmalen Kanten ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann das Lichtauskopplungselement in Richtung der Symmetrieachse gesehen die Form eines rundstirnigen Quaders aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Lichtauskopplungselement rotationssymmetrisch bezüglich der Symmetrieachse.
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Hier ist folglich die Form des Lichtauskopplungselements in Richtung der Symmetrieachse betrachtet kreisförmig. Die Symmetrie unterstützt insbesondere eine symmetrische Winkelfunktion des ausgekoppelten Lichts bezüglich der Symmetrieachse und bringt den Vorteil mit sich, dass die Winkelfunktion des ausgekoppelten Lichts unabhängig von der Propagationsrichtung des Lichts im Lichtleiter ist.
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Somit weist das Lichtauskopplungselement einen Auskoppelbereich mit einer sphärischen Struktur (aufgrund des teilkreisförmigen Spitzenbereichs) und einen Auskoppelbereich mit einer konischen Struktur (aufgrund des linearen Bereichs) auf. Es wird somit insgesamt eine Lichtauskopplung erreicht, die sich aus unterschiedlichen Auskoppelbereichen bzw. Strukturen zusammensetzt. Bei der sphärischen Struktur ist die Hauptrichtung des ausgekoppelten Lichts aus dem Lichtleiter stark von der Propagationsrichtung des Lichts in dem Lichtleiter abhängig (in dieselbe Richtung geneigt), wohingegen bei der konischen Struktur scharfe Intensitätssprünge und eine hohe Asymmetrie erhalten wird. Durch eine entsprechende Kombination der beiden Auskoppelstrukturen kann ein Lichtleiter bereitgestellt werden, bei dem eine homogene Lichtfunktion in dem gewünschten Winkelbereich (65°bis 90° relativ zu der Austrittsfläche des Lichtleiters) ermöglicht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste lineare Bereich ein erster linearer Bereich mit einer ersten Steigung bezüglich der Symmetrieachse, wobei der zweite lineare Bereich eine von dem ersten linearen Bereich verschiedene zweite Steigung bezüglich der Symmetrieachse aufweist.
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Vorzugsweise ist die erste Steigung des ersten linearen Bereichs bezüglich der Symmetrieachse in einem Bereich zwischen 0,7 und 1, besonders bevorzugt in etwa 0,84.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Steigung bezüglich der Symmetrieachse kleiner als die erste Steigung bezüglich der Symmetrieachse.
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Vorzugsweise ist die zweite Steigung des zweiten linearen Bereichs bezüglich der Symmetrieachse in einem Bereich zwischen 0,58 und 0,84, vorzugsweise in etwa 0,7.
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Durch den zweiten linearen Bereich mit einer von dem ersten linearen Bereich verschiedenen, insbesondere kleineren, Steigung bezüglich der Symmetrieachse kann die Lichtauskopplung im Vergleich zu einem einzigen linearen Bereich mit nur einer Steigung weiter optimiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Lichtauskopplungselement einen dritten linearen Bereich mit einer von dem zweiten linearen Bereich verschiedenen dritten Steigung bezüglich der Symmetrieachse auf, der mit dem zweiten linearen Bereich verbunden ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die dritte Steigung bezüglich der Symmetrieachse kleiner als die zweite Steigung bezüglich der Symmetrieachse.
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Vorzugsweise ist die dritte Steigung des dritten linearen Bereichs bezüglich der Symmetrieachse in einem Bereich zwischen 0,46 und 0,7, besonders bevorzugt in etwa 0,58.
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Durch den dritten linearen Bereich mit einer von dem zweiten linearen Bereich verschiedenen, vorzugsweise kleineren, Steigung bezüglich der Symmetrieachse kann die Lichtauskopplung aus dem Lichtleiter noch weiter optimiert werden, so dass eine möglichst homogene Lichtfunktion in dem gewünschten Bereich entsteht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Höhe des teilkreisförmigen Spitzenbereichs größer als eine Höhe des ersten linearen Bereichs, wobei vorzugsweise die Höhe des ersten linearen Bereichs kleiner ist als eine Höhe des zweiten linearen Bereichs, und wobei besonders bevorzugt die Höhe des zweiten linearen Bereichs kleiner ist als eine Höhe des dritten linearen Bereichs.
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Als Höhe wird hierbei eine Dimension verstanden, die sich entlang der Symmetrieachse erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich die Höhe senkrecht zu der Austrittsfläche des Lichtleiters.
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Vorzugsweise ist die Höhe des teilkreisförmigen Spitzenbereichs in einem Bereich zwischen 0,01 mm und 0,05 mm.
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Vorzugsweise ist die Höhe des ersten linearen Bereichs halb so groß wie die Höhe des teilkreisförmigen Spitzenbereichs. Insbesondere ist die Höhe des ersten linearen Bereichs vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,005 mm und 0,05 mm.
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Vorzugsweise ist die Höhe des zweiten linearen Bereichs größer als die Höhe des ersten linearen Bereichs und kleiner als die Höhe des teilkreisförmigen Spitzenbereichs. Insbesondere ist die Höhe des zweiten linearen Bereichs in einem Bereich zwischen 0,01 mm und 0,05 mm.
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Vorzugsweise ist die Höhe des dritten linearen Bereichs doppelt so hoch wie die Höhe des zweiten linearen Bereichs. Insbesondere ist die Höhe des dritten linearen Bereichs vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,01 mm und 0,1 mm.
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Mit den angegebenen Höhenverhältnissen wird eine besonders homogene Lichtauskopplung möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste lineare Bereich über einen ersten teilkreisförmigen Verbindungsbereich mit dem zweiten linearen Bereich verbunden, wobei der zweite lineare Bereich über einen zweiten teilkreisförmigen Verbindungsbereich mit dem dritten linearen Bereich verbunden ist.
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Vorzugsweise ist ferner der dritte lineare Bereich über einen vierten teilkreisförmigen Verbindungsbereich mit einer Rückseite des Lichtleiters verbunden.
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Durch die teilkreisförmigen Verbindungsbereiche, die jeweils zwei lineare Bereiche miteinander verbinden, kann ein weicher Übergang zwischen den benachbarten linearen Bereichen, das heißt zwischen dem ersten linearen Bereich und dem zweiten linearen Bereich, sowie zwischen dem zweiten linearen Bereich und dem dritten linearen Bereich geschaffen werden. Diese weichen Übergänge ermöglichen eine besonders homogene Abstrahlung des Lichts.
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Vorzugsweise sind der erste teilkreisförmige Verbindungsbereich und der zweite teilkreisförmige Verbindungsbereich gleich groß. Besonders bevorzugt ist der Radius des ersten teilkreisförmigen Verbindungsbereichs und der Radius des zweiten teilkreisförmigen Verbindungsbereichs in einem Bereich zwischen 0,15 mm und 0,25 mm, besonders bevorzugt in etwa 0,2 mm.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Lichtleiter eine Rückseite und eine Vorderseite auf, wobei die Vorderseite eine Lichtaustrittsseite ist und wobei das Lichtauskopplungselement so an der Rückseite angeordnet ist, dass es sich zu der Vorderseite hin erstreckt.
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Das bedeutet, dass die Erstreckungsrichtung, in die sich das Lichtauskopplungselement erstreckt, entlang der Symmetrieachse erfolgt. Außerdem sind sowohl die Rückseite als auch die Vorderseite des Lichtleiters vorzugsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Symmetrieachse ausgerichtet.
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Der Lichtleiter kann allgemein jedoch eine beliebige Form aufweisen. So kann der Lichtleiter beispielsweise gerade oder gebogen ausgebildet sein. Der Lichtleiter kann auch ferner eine komplexe Geometrie aufweisen.
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Bei dem Lichtleiter kann es sich beispielsweise um einen Stablichtleiter oder um einen flächigen Lichtleiter handeln.
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Ist der Lichtleiter ein Stablichtleiter, kann der Lichtleiter im Querschnitt, d.h. in Längserstreckungsrichtung des Lichtleiters, betrachtet zumindest im Wesentlichen kreisförmig mit einem abgeflachten Bereich ausgebildet sein. Der abgeflachte Bereich kann dann als Fläche dienen, auf der Lichtauskopplungselemente angeordnet sind.
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Handelt es sich bei dem Lichtleiter um einen flächigen Lichtleiter, dann kann dieser beispielsweise als plattenförmiger Lichtleiter ausgebildet sein, der in seiner Länge und Breite, d.h. in Plattenebene eine wesentlich größere Ausdehnung aufweist als in seiner Dickenrichtung. Der Lichtleiter weist dann eine erste Flachseite und eine zweite Flachseite auf. Dabei handelt es sich bei der ersten Flachseite um die Vorderseite und bei der zweiten Flachseite um die Rückseite des Lichtleiters.
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Die Breite in Dickenrichtung muss nicht konstant sein d.h. die Flachseiten sind parallel zueinander; vielmehr kann der Lichtleiter auch eine variierende Breite aufweisen. Durch Variieren der Breite bzw. Wandstärke ist es beispielsweise möglich, eine homogenere Lichtwirkung zu erzielen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Breite daher mit zunehmender Entfernung von einer Lichtquelle bzw. Lichteinkopplungsseite abnimmt. Die Schmalseiten des plattenförmigen Lichtleiters werden allgemein als Kanten bezeichnet. Der Lichtleiter weist vorzugsweise vier Kanten auf, die beispielsweise als Lichteinkopplungsseiten bzw. Lichteinkopplungskanten dienen können.
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So wird mit dem erfindungsgemäßen Lichtleiter und einer Lichtquelle, beispielsweise LED, eine Beleuchtungsvorrichtung geschaffen. Aufgrund der Symmetrie des Lichteinkopplungselements kann die Lichtquelle an einer beliebigen Kante angeordnet sein.
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Als Lichtaustrittsseite wird die Seite verstanden, an der das Licht ausgekoppelt werden kann, das heißt an der Nutzlicht abgestrahlt wird. Selbstverständlich wäre es in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass auch von der zweiten Flachseite (das heißt von der Rückseite) Nutzlicht abgestrahlt werden kann.
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Vorzugsweise kann eine derartige Beleuchtungsvorrichtung als Fahrzeugbeleuchtung, insbesondere als Fahrzeug-Innenbeleuchtung dienen und dort beispielsweise als Komponente eines Dekorverbunds ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
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Figurenliste
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Die zu der Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen in:
- 1 eine detaillierte Querschnittsansicht eines Lichtauskopplungselements eines Lichtleiters gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Lichtleiters gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- 3 eine Winkelfunktion des aus dem erfindungsgemäßen Lichtleiter ausgekoppelten Lichts.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die eine Querschnittsansicht eines Lichtauskopplungselements 10 eines Lichtleiters 100 zeigt.
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Wie in 1 zu erkennen, weist das Lichtauskopplungselement 10 eine symmetrische, aus mehreren Bereichen zusammengesetzte Form auf. Genauer gesagt ist das Lichtauskopplungselement 10 im Querschnitt betrachtet symmetrisch zu einer Symmetrieachse S ausgebildet.
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Das Lichtauskopplungselement 10 erstreckt sich, wie in 2 zu erkennen, von einer Rückseite 110, des Lichtleiters 100, an welcher das Licht eingekoppelt wird, zu einer Vorderseite 120 des Lichtleiters 100, an welcher das Licht auskoppelt. Der vordere Bereich des Lichtauskopplungselements 10, das heißt der Bereich, der der Vorderseite 120 des Lichtleiters 100 am nächsten ist, ist als teilkreisförmiger Spitzenbereich 1 ausgebildet.
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Der teilkreisförmige Spitzenbereich 1 weist, wie in 1 zu erkennen, einen Radius R1 und eine Höhe h1 (in Erstreckungsrichtung des Lichtauskopplungselements 10) auf.
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Der teilkreisförmige Spitzenbereich 1 ist mit einem ersten linearen Bereich 2 verbunden. Der erste lineare Bereich 2 weist eine Höhe h2 auf. In den Figuren ist die Höhe h1 kleiner als die Höhe h2, so entspricht die Höhe h2 etwa zwei Mal der Höhe h1, wobei auch die Höhenskalierung unterschiedlich sein kann, d.h. h1 kann größer sein als h2. Der erste lineare Bereich 2 weist eine erste Steigung bezüglich der Symmetrieachse S auf. Außerdem kann der erste lineare Bereich 2 ferner über einen Winkel β2 relativ zu einer Horizontalen in 1 (beispielsweise relativ zu der Rückseite 110 oder der Vorderseite 120 des Lichtleiters 100) beschrieben werden. Der in 1 dargestellte Winkel β2 entspricht beispielsweise 50°.
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Der erste lineare Bereich 2 ist über einen ersten teilkreisförmigen Verbindungsbereich 5 mit einem zweiten linearen Bereich 3 verbunden. Wie in 1 zu erkennen, weist der zweite lineare Bereich 3 eine Höhe h3 auf, die größer ist als die Höhe h2 des ersten linearen Bereichs 2. Ferner weist der zweite lineare Bereich 3 eine von dem ersten linearen Bereich 2 verschiedene zweite Steigung bezüglich der Symmetrieachse S auf. Wie hier dargestellt, ist die zweite Steigung bezüglich der Symmetrieachse S des zweiten linearen Bereichs kleiner als die erste Steigung des ersten linearen Bereichs bezüglich der Symmetrieachse S. Der zweite lineare Bereich 3 kann auch mittels eines Winkels β3 bezüglich einer Horizontalen in 1 beschrieben werden. Hier weist der Winkel β3 55° auf.
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Der erste lineare Bereich 2 und der zweite lineare Bereich 3 sind über den ersten teilkreisförmigen Verbindungsbereich 5 verbunden. Dieser dient insbesondere dazu, den Übergang zwischen den beiden linearen Bereichen „weich“ zu gestalten. In dem hier dargestellten Beispiel weist der erste teilkreisförmige Verbindungsbereich 5 einen Radius R23 von 0,2 mm auf.
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Der zweite lineare Bereich 3 ist über einen zweiten teilkreisförmigen Verbindungsbereich 6 mit einem dritten linearen Bereich 4 verbunden. Der dritte lineare Bereich 4 weist eine Höhe h4 auf. Die Höhe h4 ist insbesondere größer als die Höhe h3; hier ist die Höhe h4 etwa doppelt so groß wie die Höhe h3. Ferner weist der dritte lineare Bereich 4 eine dritte Steigung bezüglich der Symmetrieachse S auf, die kleiner ist als die zweite Steigung des zweiten linearen Bereichs 3 bezüglich der Symmetrieachse S. Außerdem weist der dritte lineare Bereich 4 einen Winkel β4 bezüglich der Horizontalen in 1 auf. Der hier dargestellte Winkel β4 ist 60° groß.
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Wie in 1 dargestellt, ist der dritte lineare Bereich 4 über den zweiten teilkreisförmigen Verbindungsbereich 6 zur Herstellung eines glatten Übergangs mit dem zweiten linearen Bereich 3 verbunden. Der zweite teilkreisförmige Verbindungsbereich 6 weist einen Radius R34 von 0,2 mm auf.
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Ferner ist der dritte lineare Bereich 4 über einen dritten teilkreisförmigen Verbindungsbereich 7 mit der Rückseite 110 des Lichtleiters 100 verbunden.
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Da das Lichtauskopplungselement 10 in 1 symmetrisch dargestellt ist, finden sich die Bereiche des Lichtauskopplungselements 10 jeweils links und rechts von der Symmetrieachse S.
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Unter der Annahme, dass es sich bei der Symmetrieachse S um eine Rotationsachse handelt, bildet der teilkreisförmige Spitzenbereich 1 eine sphärische Form aus und die linearen Bereiche 2, 3 und 4 bilden jeweils kegelstumpfförmige Bereiche aus. Das heißt, dass das Lichtauskopplungselement 10 somit eine sphärische Struktur mit konischen Strukturen derart kombiniert, dass das in 3 dargestellte ausgekoppelte Licht erreicht werden kann.
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Die 2 zeigt den Lichtleiter 100 im Querschnitt, wobei der Lichtleiter 100 ein Lichtauskopplungselement 10, beispielsweise das in 1 gezeigte Lichtauskopplungselement 10, aufweist. Eine Lichtquelle 200 (beispielsweise eine LED) leitet Licht in den Lichtleiter 100 ein.
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Das Licht wird über eine Lichteintrittsfläche (hier die vertikale linke Kante) in den Lichtleiter 100 eingeleitet. Im Lichtleiter 100 trifft das Licht auf das Lichtauskopplungselement 10, das sich von der Rückseite 110 in den Lichtleiter 100 hinein erstreckt. Mittels des Lichtauskopplungselements 10 wird das Licht zu der Vorderseite 120 des Lichtleiters 100 geleitet, an der es aus dem Lichtleiter 100 austreten kann. Bei der Vorderseite 120 des Lichtleiters 100 handelt es sich somit um die Austrittsfläche des Lichtleiters 100.
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3 zeigt eine Winkelfunktion der Lichtauskopplung aus dem Lichtleiter 100. Dabei sind die Winkel bezüglich der Austrittsfläche (das heißt der Vorderseite 120) des Lichtleiters 100 angegeben. Die Symmetrieachse S verläuft verlängert durch die dargestellte 90°-Achse.
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Wie in 3 gezeigt, kann durch den Lichtleiter 100 mit den erfindungsgemäßen Lichtauskopplungselementen 10 in einem Winkelbereich von 65° bis zu 90° bezüglich der Austrittsfläche des Lichtleiters 100 eine äußerst homogene Lichtfunktion, das heißt Intensitätsfunktion des Lichts (Lambertsches Gesetz), erreicht werden.
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Hätte das Lichtauskopplungselement 10 ausschließlich eine sphärische Form, wäre die Hauptrichtung des ausgekoppelten Lichts aus dem Lichtleiter 100 sehr stark von der Propagationsrichtung des Lichts im Lichtleiter 100 abhängig und entsprechend in diese Richtung geneigt. Infolgedessen wäre in 3 nur der rechte Teil des Winkelbereichs gut ausgeleuchtet und ein Großteil des geforderten Winkelbereichs wäre nicht ausreichend ausgeleuchtet.
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Hätte das Lichtauskopplungselement 10 hingegen lediglich eine konische Struktur, würde die erreichte Lichtfunktion zwar mit dem geforderten Winkelbereich grob übereinstimmen, wäre allerdings asymmetrisch und hätte scharfe Intensitätssprünge. Das menschliche Auge kann Intensitätssprünge besonders gut wahrnehmen, so dass die bei einer konischen Struktur erreichte Ausleuchtung als äußerst inhomogen wahrgenommen wird.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Lichtauskopplungselements 10 sind in 3 deutlich zu erkennen. So füllt das ausgekoppelte Licht den geforderten Winkelbereich von 65° bis 90° aus. Die Intensität hat beinahe einen gleichmäßigen Verlauf mit einem leichten Rückgang an dem Rand des Winkelbereichs. Ferner ist die Winkelfunktion symmetrisch bezüglich der 90°-Achse in dem geforderten Winkelbereich. Diese Symmetrie bringt den weiteren Vorteil, dass die Winkelfunktion des ausgekoppelten Lichts unabhängig von der Propagationsrichtung des Lichts im Lichtleiter 100 ist. Somit ist eine freie Auswahl für die Lichtquelle 200 am Lichtleiter 100 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lichtleiter
- 110
- Rückseite
- 120
- Vorderseite
- 10
- Lichtauskopplungselement
- 1
- teilkreisförmiger Spitzenbereich
- 2
- erster linearer Bereich
- 3
- zweiter linearer Bereich
- 4
- dritter linearer Bereich
- 5
- erster teilkreisförmiger Verbindungsbereich
- 6
- zweiter teilkreisförmiger Verbindungsbereich
- 7
- dritter teilkreisförmiger Verbindungsbereich
- h1
- Höhe des teilkreisförmigen Spitzenbereichs
- h2
- Höhe des ersten linearen Bereichs
- h3
- Höhe des zweiten linearen Bereichs
- h4
- Höhe des dritten linearen Bereichs
- 200
- Lichtquelle
- S
- Symmetrieachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016121475 A1 [0003]
- DE 102017114268 A1 [0004]
