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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 zugrundeliegende 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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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Lichtmodul umfasst: eine Lichtquelle zur Erzeugung von Licht; eine erste Transmissionsoptik, wobei eine erste Lichteinkoppelfläche der ersten Transmissionsoptik zur Einkopplung von von der Lichtquelle stammendem Licht und eine erste konvexe Lichtauskoppelfläche der ersten Transmissionsoptik derart aufeinander abgestimmt sind, dass von der ersten Lichteinkoppelfläche stammende Lichtstrahlen jeweils lotrecht auf die erste konvexe Lichtauskoppelfläche treffen; und eine von der ersten Transmissionsoptik beabstandete zweite Transmissionsoptik mit einer zweiten konvexen Lichtauskoppelfläche, wobei eine zweite konkave Lichteinkoppelfläche der zweiten Transmissionsoptik und die erste konvexe Lichtauskoppelfläche der ersten Transmissionsoptik derart aufeinander abgestimmt sind, dass von der ersten konkaven Lichtauskoppelfläche stammende Lichtstrahlen jeweils lotrecht auf die zweite konvexe Lichteinkoppelfläche treffen.
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Durch die beiden so aufeinander abgestimmten Transmissionsoptiken wird erreicht, dass Lichtstrahlen weder beim Verlassen der ersten Transmissionsoptik, noch beim Eintritt in die zweite Transmissionsoptik eine Änderung der Ausbreitungsrichtung erfahren. Die Lichtstrahlen verhalten sich folglich so, als ob sie sich zwischen den beiden Transmissionsoptiken in einem Lichtleiter ausbreiten würden. Dies hat den Vorteil, dass, da ein Großteil der Ausbreitung in Luft erfolgt, die Absorptionsverluste verringert werden. Im Vergleich zu einem Vollmaterial ergibt sich eine deutliche Gewichtseinsparung. Auch ergeben sich geringere Herstellungskosten, auch bei einer im Vergleich zu einem aus Vollmaterial hergestellten Lichtleiter deutlich vergrößerter Geometrie. Die also nunmehr mögliche Vergrößerung des optischen Systems ermöglicht eine höhere Effizienz und eine bessere Abbildungsqualität.
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Vorteilhaft verringern sich durch die vorangehend erläuterte unveränderte Ausbreitungsrichtung die durch die auftreffwinkelabhängige Fresnelreflexion erzeugten Verluste. Beispielsweise reduzieren sich die Verluste auf etwa 4% pro Lichteinkoppel- bzw. Lichtauskoppelfläche.
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Die fresnelreflektierten Lichtstrahlen drehen ihre Ausbreitungsrichtung um 180° und treffen auf die Lichtquelle, die sie abgegeben hat, auf. Dadurch werden im Lichtmodul vagabundierende Strahlen, die das Lichtmodul unter einer unkontrollierten Richtung verlassen und im schlimmsten Fall zu Blendung des Gegenverkehrs führen können, reduziert.
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Vorteilhaft wird also ein Lichtmodul bereitgestellt, dass durch das zwischen den beiden Transmissionsoptiken ausgesparte Material die Verluste verringert und damit die Lichteffizienz verbessert. Darüber hinaus können große Abstrahlflächen im Sinne der zweiten Lichtauskoppelfläche realisiert werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Lichtabstrahlfläche der Lichtquelle an eine gedachte Brennlinie, welche durch einen Brennpunkt der ersten und zweiten Transmissionsoptiken verläuft, angrenzt. Vorteilhaft wird erreicht, dass diese unsymmetrische Anordnung der Lichtquelle wie beispielsweise einer LED zu einer Hell-Dunkel-Grenze führt, die beispielsweise unterhalb des Horizonts anschließt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Lichteinkoppelfläche eben oder leicht konkav gekrümmt ist.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke der zweiten Transmissionsoptik in lateraler Richtung abnimmt.
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Vorteilhaft ergibt sich hierdurch, dass eine kollimierte Lichtstrahlen aufweisende Lichtverteilung von der zweiten Transmissionsoptik abgestrahlt wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Transmissionsoptik eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist.
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Die konstant gewählte Dicke der zweiten Transmissionsoptik erlaubt es, eine Lichtverteilung mit divergierenden Lichtstrahlen von der zweiten Transmissionsoptik abzustrahlen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine einstückige Lichtleiteranordnung bereitgestellt, welche eine Mehrzahl von Lichtmodulen gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wobei wenigstens ein Verbindungsabschnitt die Mehrzahl der Transmissionsoptiken miteinander verbindet, und wobei der Verbindungsabschnitt an die jeweilige Transmissionsoptik angeformt ist.
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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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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichteinkoppelflächen wenigstens eines Teils der ersten Transmissionsoptiken in einer gemeinsamen gedachten Ebene liegen.
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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:
- 1a und 1b jeweils ein Lichtmodul in einem schematischen Schnitt;
- 2 das Lichtmodul analog zu 1a in perspektivischer Darstellung;
- 3 eine Lichtleiteranordnung in perspektivischer Darstellung;
- 4 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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1a und 1b zeigen jeweils ein Lichtmodul 100 für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs in einem schematischen Schnitt, beispielsweise einem Schnitt in einer Sagittalebene oder einem Schnitt in einer Transversalebene des Kraftfahrzeugs. Das Lichtmodul 100 umfasst eine Lichtquelle 102 sowie eine erste und eine zweite Transmissionsoptik 110 und 120. Die Transmissionsoptiken 110 und 120 sind jeweils auch als Linse bezeichenbar.
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Die Lichtquelle 102 erzeugt Licht, wovon ein Teil auf eine erste Lichteinkoppelfläche 112 der ersten Transmissionsoptik 110 trifft. Die erste Lichteinkoppelfläche 112 ist eben, leicht konkav, oder leicht konvex gekrümmt. Das Licht durchläuft die erste Transmissionsoptik 110 von der ersten Lichteinkoppelfläche 112 zu der Lichtauskoppelfläche 114. Die erste Lichteinkoppelfläche 112 und die erste Lichtauskoppelfläche 114 sind so aufeinander abgestimmt, dass ein über die erste Lichteinkoppelfläche 112 eingekoppelter Lichtstrahl stets im rechten Winkel auf die erste Lichtauskoppelfläche 114 trifft, womit die von der ersten Lichtauskoppelfläche 114 in einen Zwischenraum 104 ausgekoppelten Lichtstrahlen einer Zwischenlichtverteilung 106 keine Richtungsänderung erfahren. Der Zwischenraum 104 ist beispielsweise luft- oder gasgefüllt.
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Die Lichtstrahlen der Zwischenlichtverteilung 106 treffen in einem rechten Winkel auf eine zweite Lichteinkoppelfläche 122 der zweiten Transmissionsoptik 120. Nach der Einkopplung der Lichtstrahlung ohne wesentliche Richtungsänderung durchläuft das Licht von die zweite Transmissionsoptik 120 und die Lichtstrahlen treffen auf eine zweite Lichtauskoppelfläche 124 der zweiten Transmissionsoptik 120, von welcher sie als Abstrahllichtverteilung 108 von der zweiten Transmissionsoptik 120 abgestrahlt werden.
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Im Fall einer ebenen ersten Lichteintrittsfläche 112 folgt die erste Lichtaustrittsfläche 114 der ersten Transmissionsoptik 110 einer von einer Kugelfläche abweichenden Form. Die zweite Lichteintrittsfläche 122 der zweiten Transmissionsoptik 120 folgt in diesem Fall ebenfalls einer Form, welche von einer Kugelfläche abweicht. Die Lichtaustrittfläche 114 und die Lichteintrittsfläche 122 werden separat berechnet, da sie nicht durch eine einfache lineare Skalierung auseinander hervorgehen. Dazu müssten die Lichtstrahlen, welche zwischen der Lichtaustrittsfläche 114 und der Lichteintrittsfläche 122 verlaufen, einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen.
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In 1a nimmt der Abstand zwischen der zweiten Lichteinkoppelfläche 122 und der zweiten Lichtauskoppelfläche 124 in lateraler Richtung ab, womit die ausgekoppelten Lichtstrahlen der Abstrahllichtverteilung 108 parallelisiert werden. Die Dicke der zweiten Transmissionsoptik 120 nimmt also in lateraler Richtung ab.
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In 1b hingegen sind die zweite Lichteinkoppelfläche 122 und die zweite Lichtauskoppelfläche 124 im Wesentlichen äquidistant zueinander, womit die ausgekoppelten Lichtstrahlen der Abstrahllichtverteilung 108 divergieren. Mithin weist die zweiten Transmissionsoptik 120 eine im Wesentlichen konstante Dicke auf.
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Die Transmissionsoptik 110 ist bis auf laterale Randbereiche, in denen die Transmissionsoptik 110 beschnitten ist, rotationssymmetrisch ausgebildet. Strahlen, welche von der Lichtquelle im gleichen Winkel abgestrahlt werden, bilden zwischen der Lichtaustrittsfläche 114 und der Lichteintrittsfläche 122 der zweiten Transmissionsoptik 120 die Mantelfläche eines gedachten Kegelstumpfes aus. Der gedachte Kegelstrumpf begrenzt also die vorgenannten Lichtstrahlen. Eine Spitze eines zu dem Kegelstumpf gehörenden Kegels liegt auf der Achse des optischen Systems, wobei der Abstand der Kegelspitze mit zunehmendem Abstrahlwinkel der Lichtstrahlen von der Lichtquelle größer wird.
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Die erste Lichteinkoppelfläche 112 der ersten Transmissionsoptik 110 zur Einkopplung von von der Lichtquelle 102 stammendem Licht und die erste konvexe Lichtauskoppelfläche 114 der ersten Transmissionsoptik 110 sind derart aufeinander abgestimmt, dass von der ersten Lichteinkoppelfläche 112 stammende Lichtstrahlen jeweils lotrecht auf die erste konvexe Lichtauskoppelfläche 114 treffen.
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Die zweite konkave Lichteinkoppelfläche 122 der zweiten Transmissionsoptik 120 und die erste konvexe Lichtauskoppelfläche 114 der ersten Transmissionsoptik 110 sind derart aufeinander abgestimmt, dass von der ersten konkaven Lichtauskoppelfläche 114 stammende Lichtstrahlen jeweils lotrecht auf die zweite konvexe Lichteinkoppelfläche 122 treffen.
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2 zeigt das Lichtmodul 100 analog zu 1a in perspektivischer Darstellung. Eine Lichtabstrahlfläche 202 der Lichtquelle 102 grenzt an eine gedachte Brennlinie 204, welche durch einen Brennpunkt 206 der ersten und zweiten Transmissionsoptiken 110, 120 verläuft. So fällt beispielsweise eine Kante einer Leuchtdiode mit der Brennlinie 204 zusammen, die durch den Brennpunkt 206, der als Startpunkt für diejenigen Lichtstrahlen dient, mit deren Hilfe das optische System umfassend die beiden Transmissionsoptiken 110 und 120 konstruiert ist.
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Die Lichtaustrittsfläche ist in Abhängigkeit von einer gedachten Punktlichtquelle konstruiert. Der Brennpunkt 206 ist der Ausgangspunkt für die gedachten Lichtstrahlen der Punktlichtquelle. Die Lichteintrittsfläche 112 ist eben ausgebildet und hat für das Lichtbündel der Punktlichtquelle eine sammelnde Wirkung. Unter der Annahme, dass Lichtstrahlen nach dem Austritt aus der Lichtquelle zu den jeweils benachbarten Lichtstrahlen einen stets gleichen Winkel einschließen, ist diese Eigenschaft durch Brechung an der Lichteintrittsfläche 112 nicht mehr vorhanden. Die Nachbarschaftsrelationen der Strahlen bleiben erhalten. Die Lichtaustrittsfläche 114 der ersten Transmissionsoptik 110 wird in Abhängigkeit von dem Lichtbündel in der Transmissionsoptik 110 berechnet, und zwar derart, dass die Strahlen lotrecht auf die Lichtaustrittsfläche 114 treffen. Die Lichteintrittsfläche 122 wird analog zur Berechnung der Lichtaustrittsfläche 114 durchgeführt. Dies ist erforderlich, da die Winkel zwischen den benachbarten Strahlen variieren. In dem Beispiel der 1b wird auch die Austrittsfläche 124 analog zu den Flächen 114 und 122 berechnet. Die Austrittsfläche 124 wird derart berechnet, dass eine Lichtverteilung in einem bestimmten Abstand erzeugt wird.
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3 zeigt eine Lichtleiteranordnung 300 in perspektivischer Darstellung. Eine Mehrzahl von Lichtmodulen 100 beispielsweise gemäß 1a sind mittels eines Verbindungsabschnitts 320 miteinander verbunden. Insbesondere sind die Transmissionsoptiken 110a, 110b, 120a, 120b mittels des Verbindungsabschnitts 320 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 320 ist an die jeweilige Transmissionsoptik 110a, 110b, 120a, 120b angeformt. Sowohl die Mehrzahl der Lichtleiter 110a, 110b, 120a, 120b als auch der Verbindungsabschnitt 320 sind aus dem gleichen Material gefertigt. Die Lichteinkoppelflächen der ersten Transmissionsoptiken 120a, 120b liegen in einer gemeinsamen gedachten Ebene, was die Anordnung der Lichtquellen 102a, 102b auf einem gemeinsamen Träger ermöglicht.
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Der Verbindungsabschnitt 320 stellt Stege bereit, welche die Transmissionsoptiken 110a, 110b, 120a, 120b miteinander koppelt. Dies bietet den Vorteil, dass mehrere Transmissionsoptiksysteme umfassend eine erste und eine zweite Transmissionsoptik einteilig im Spritzgussverfahren hergestellt werden können. Die Stege greifen an den Flächen der Transmissionsoptiken an, die keine optische Wirkung entfalten. Somit erzeugt der Verbindungsabschnitt 320 keine optischen Störungen.
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4 zeigt die Beleuchtungseinrichtung 400 für das 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.
