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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist aus der
DE 10 2018 104 055 bekannt. Die bekannte Beleuchtungseinrichtung weist einen Lichtleiter und eine Lichtquelle auf, mit der Licht in einem Lichtbündel abstrahlbar ist, das einen zentralen Strahl aufweist. Der Lichtleiter weist eine sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende verlaufende langgestreckte Form auf, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist. Die Vorderseite weist eine Lichtaustrittslinse auf, und die Rückseite weist eine Prismenrippe auf. Die Prismenrippe ist dazu eingerichtet, auf sie einfallendes Licht des Lichtbündels so steil zur Lichtaustrittslinse umzulenken, dass es dort aus der Lichtaustrittslinse austritt. Die Lichtquelle ist an dem ersten Ende so angeordnet, dass der zentrale Strahl die Lichteintrittsfläche in einem Punkt schneidet, in dem die Flächennormale der Lichteintrittsfläche mit dem zentralen Strahl fluchtet.
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Eine gedachte ebene Fläche ist dadurch definierbar, dass der zentrale Strahl in der ebenen Fläche verläuft und dass die ebene Fläche sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite des Lichtleiters jeweils am ersten Ende des Lichtleiters schneidet und auch die Lichteintrittsfläche schneidet.
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Lichtleiter finden im Bereich der Signallichtfunktionen von Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen aufgrund ihres geringen Platzbedarfs und ihres homogenen Erscheinungsbildes im leuchtenden Zustand rege Anwendung. Das im Lichtleiter propagierende Licht ist nicht kollimiert, sondern hat einen bestimmten Öffnungswinkel, der kleiner ist als der Winkel der internen Totalreflexion. Für ein im leuchtenden Zustand homogenes Erscheinungsbild ist es zwingend erforderlich, dass das im Lichtleiter propagierende Licht statistisch möglichst gleichmäßig verteilt ist. Das heißt, dass von jedem innerhalb des Lichtleiters gelegenen Punkt dieselbe gleichmäßige Lichtverteilung innerhalb des Öffnungswinkels des Lichtbündels ausgehen sollte.
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Die Lichtleiter werden in der Regel mit LED-Lichtquellen gespeist. Hierfür tritt das Licht der Lichtquelle durch eine ebene Außenfläche des Lichtleiters, die senkrecht zum Verlauf des Lichtleiters steht, in den Lichtleiter ein.
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Das hat für Materialien mit Brechungsindex n > √2 den Vorteil, dass alles Licht der Lichtquelle innerhalb eines Halbraums in eine Lichtverteilung gebrochen wird, die innerhalb des Winkels θtot der internen Totalreflexion in Bezug auf den Verlauf des Lichtleiters liegt. Dadurch kann prinzipiell alles Licht der Lichtquelle eingesammelt und im Lichtleiter gehalten werden.
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In Bezug auf Effizienz, Toleranz und Komplexität ist diese Art der Einkopplung ideal und wird daher meist verwendet. Allerdings ist die Forderung nach einer statistisch homogenen Lichtverteilung zunächst nur auf der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle erfüllt. Nach dem Eintritt in den Lichtleiter ist diese Forderung dagegen in der Regel nicht erfüllt. Die Homogenisierung des im Lichtleiter propagierenden Lichtes der Lichtquelle wird daher in der Regel durch eine „Durchmischung“ der Richtungsverteilung des Lichtes in einem idealerweise leicht gekrümmten Verlauf des Lichtleiters auf einer Länge von mindesten 100mm, gemessen ab der Lichteintrittsfläche, gewährleistet. Die Durchmischung wird durch interne Totalreflexionen, die an Wänden des Lichtleiters erfolgen, gefördert.
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Muss der Abstand zwischen dem sichtbar leuchtenden Bereich des Lichtleiters von der Lichteintrittsfläche durch Anforderungen, wie sie sich zum Beispiel durch eine Knappheit an zur Verfügung stehendem Bauraum ergeben, deutlich kleiner als 100mm gewählt werden, wird bei bekannten Lösungen zu folgenden Mitteln gegriffen: In der
DE 10 2012 106 481 wird eine zusätzliche Scheibe mit Mikrooptiken zwischen Lichtquelle und Lichtleiter angeordnet. In der
US 2012/0 314 448 wird unter anderem die Ausformung der Lichtleitereinkopplung zu einer Zylinderlinse beschrieben, um das Licht in einer Dimension zu parallelisieren.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Homogenität der Richtungen und Intensitätsverteilung des in den Lichtleiter eintretenden Lichtes der Lichtquelle direkt beim Eintritt des Lichts der Lichtquelle in den Lichtleiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit der Summe der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Nach dessen kennzeichnenden Merkmalen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lichteintrittsfläche des Lichtleiters so geformt ist, dass die in der Lichteintrittsfläche und der gedachten ebenen Fläche verlaufende Schnittkurve eine mit wenigstens einem ersten Krümmungsradius gekrümmte Grundform aufweist, die mit zweiten Krümmungsradien moduliert ist.
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Die Grundform ist so gekrümmt, dass sie einen außerhalb des Lichtleiters liegenden Brennpunkt aufweist und von dem Brennpunkt ausgehende Lichtstrahlen ohne die Modulation parallel ausrichten würde. Die Lichtquelle ist in dem Brennpunkt angeordnet.
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Durch diese Merkmale ergibt sich in den Punkten der Lichteintrittsfläche des Lichtleiters, die in der Schnittkurve liegen, eine homogene und ähnliche Lichtverteilung. Außerhalb dieser Schnittkurve kann eine Homogenisierung der Lichtverteilung auch direkt bei der Auskopplung erfolgen, wie es bei der
DE 10 2018 104 055 erfolgt.
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Durch die Erfindung wird die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung des Lichtleiters in und unmittelbar hinter seiner Lichteintrittsfläche verbessert. Durch die in diesem Sinne wesentlich vorteilhaftere Verteilung an Strahlen wird ein grundlegend verbessertes Erscheinungsbild der leuchtenden Lichtaustrittslinse erreicht als bei einer Einkopplung mit einer ebenen Fläche.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine neuartige Möglichkeit dar, die Homogenisierung und/oder Durchmischung der Lichtstrahlen im Lichtleiter bereits in einem Anfangsbereich des Lichtleiters, im Idealfall direkt beim Lichteintritt, zu erzielen und somit eine homogene Ausleuchtung des Lichtleiters von Beginn an zu ermöglichen.
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Dies ist hierbei im Gegensatz zu
DE 10 2012 106 481 ohne ein zusätzliches streuendes Bauteil möglich.
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Die Erfindung eignet sich besonders für mit Lichtleitern realisierte Signalfunktionen im Frontscheinwerfer und in Heckleuchten. Besonders interessant sind Anwendungen, bei denen die sichtbar leuchtende Fläche des Lichtleiters räumlich unmittelbar nach der Lichteinkopplung beginnen soll und bei der nur wenige Lichtquellen eingesetzt werden sollen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Lichtleiter eine Rückseite aufweist, in der eine Prismenrippe angeordnet ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Prismenrippe Reflexionsflächen aufweist, die gegenüber einer Längsrichtung des Lichtleiters so geneigt sind, dass sich in eine Hauptabstrahlrichtung weisende Richtungskomponenten des auftreffenden Lichtes der wenigstens einen Lichtquelle bei der Reflexion vergrößern.
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Weiter ist bevorzugt, dass die Lichtaustrittslinse eine konvexe Form aufweist und damit eine lichtsammelnde Wirkung erreicht.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtaustrittslinse eine konvexe Form und damit die Form einer Sammellinse aufweist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Lichtaustrittslinse eine Brennweite aufweist, die so auf den Abstand der Prismenrippe von der Lichtaustrittslinse und die Breite der Prismenrippe in z-Richtung abgestimmt ist, dass diese Breite für einen Betrachter optisch auf die Breite der Lichtaustrittslinse vergrößert wird.
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Weiter ist bevorzugt, dass die Lichteintrittsfläche zylinderförmige Lichteintrittsoptiken aufweist.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Lichteintrittsoptiken über die gesamte Breite des Lichtleiters erstrecken.
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Bevorzugt ist auch, dass die zweiten Krümmungsradien ebenfalls in der gedachten Ebene liegen und kleiner als die ersten Krümmungsradien sind.
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Weiter ist bevorzugt, dass die Lichteintrittsflächen Zylindermantelflächen sind, wobei die modulierte Schnittkurve eine Leitkurve ist und die Erzeugenden jeweils im Zylindermantel liegende Geraden sind.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass jede Lichteintrittsoptik eine zylindrische Grundform aufweist, die mit im Vergleich zur zylindrischen Grundform kleineren Zylindern moduliert ist, wobei die Erzeugenden aller Zylinder parallel sind.
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Bevorzugt ist auch, dass sich die Lichteintrittsoptiken über die gesamte Breite des Lichtleiters erstrecken.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass so viele Lichtquellen längs einer zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Lichtleiters in der gedachten ebenen Fläche und der Lichteintrittsfläche verlaufenden Linie aneinandergereiht sind, bis der Lichtleiterquerschnitt längs dieser Linie vollständig abgedeckt ist.
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Bevorzugt ist auch, dass Lichteintrittsoptiken direkt aneinander angrenzen.
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Weiter ist bevorzugt, dass Lichtquellen, mit denen Licht verschiedener Farben emittierbar ist, wobei mit jeweils einer Lichtquelle Licht einer Farbe emittierbar ist, die Lichtquellen entlang der Richtung der Erzeugenden der zylindrischen Lichteintrittsoptiken und symmetrisch zur gedachten ebenen Fläche M anzuordnen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Bei der Beschreibung einzelner Figuren wird ggf. auch auf Elemente aus anderen Figuren Bezug genommen. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 das technische Umfeld der Erfindung in Form einer Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge;
- 2 ein erstes Ende eines langgestreckten Lichtleiters mit einer bevorzugten Querschnittsform;
- 3 die Lage einer gedachten ebenen Fläche;
- 4 eine in der Lichteintrittsfläche und der gedachten ebenen Fläche verlaufende modulierte Schnittkurve; und
- 5 eine Lichteintrittsfläche des Lichtleiters zusammen mit zwei Lichtquellen.
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Im Einzelnen zeigt die 1 eine Beleuchtungsvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung weist ein Gehäuse 12 und eine transparente Abdeckscheibe 14 auf, die eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 12 abdeckt. Im Inneren des Gehäuses 12 befindet sich eine Kraftfahrzeugleuchte, die Licht in einer regelkonformen Signallichtverteilung für Kraftfahrzeugleuchten abstrahlt.
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Eine Hauptabstrahlrichtung der Kraftfahrzeugleuchte 10 liegt in der Regel parallel zu einer Längsachse des Kraftfahrzeuges, in dem die Beleuchtungseinrichtung 10 und die Kraftfahrzeugleuchte bestimmungsgemäß verwendet werden.
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Eine regelkonforme Signallichtverteilung zeichnet sich zum Beispiel dadurch aus, dass in einer vorgegebenen Entfernung vor der Kraftfahrzeugleuchte vorgeschriebene Mindesthelligkeitswerte in horizontaler Richtung H und in vertikaler Richtung V erreicht werden, wobei die Richtungen jeweils als Winkelabweichung von der Hauptabstrahlrichtung definiert sind.
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Im dargestellten Beispiel ist die Hauptabstrahlrichtung eine x-Richtung eines rechtwinkligen und rechtshändigen Koordinatensystems, dessen z-Richtung bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Beleuchtungseinrichtung 10 parallel zu einer Kraftfahrzeughochachse liegt und deren y-Richtung bei dieser Verwendung parallel zu einer Querachse des Kraftfahrzeugs liegt.
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Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist wenigstens eine Lichtquelle 16 in Form einer Leuchtdiode oder einer Anordnung aus mehreren Leuchtdioden und einen Lichtleiter 18 auf, der mit Licht 20 der Lichtquelle 16 gespeist wird. Die wenigstens eine Lichtquelle 16 ist an einem ersten Ende des Lichtleiters 18 angeordnet. Der Lichtleiter 18 weist eine langgestreckte Form auf und erstreckt sich insbesondere längs einer im Raum gekrümmten Kurve L. Bei dem dargestellten Lichtleiter 18 handelt es sich somit um einen langgestreckten Stablichtleiter, der dem Verlauf L entsprechend gebogen, aber auch gerade verlaufen kann. Die Kurve L entspricht damit auch der Hauptlichtausbreitungsrichtung von Licht der Lichtquelle 16 im Lichtleiter 18. Unter einer langgestreckten Form wird eine Form verstanden, bei der eine Länge wenigstens um einen Faktor 5 größer ist als eine Breite und eine Höhe.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Lichtquelle 16 an einem ersten Ende 18.1 des Lichtleiters 18 so angeordnet, dass von ihr ausgehendes Licht 20 über eine quer zur Länge L angeordnete erste Lichteintrittsfläche 18.2 in den Lichtleiter 18 eintritt. Ein Teil des Lichtes 20 erfährt an der den Lichtleiter 18 ummantelnden Grenzfläche des Lichtleiters 18 interne Totalreflexionen und wird dadurch im Inneren des Lichtleiters mit um die Kurve L herum streuenden Ausbreitungsrichtungen weitergeleitet.
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Der Lichtleiter 18 weist eine Rückseite 22 auf, in der eine Prismenrippe 24 angeordnet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 nur ein einziges Prisma der Prismenrippe 24 dargestellt. In der Regel werden aber mehrere in einer Reihe angeordnete und damit die Prismenrippe 24 bildende Prismen in der Rückseite 22 angeordnet sein.
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Ein Teil des Lichtes 20 erfährt eine interne Totalreflexion an Reflexionsflächen 24' von Prismen der Prismenrippe 24. Die Reflexionsflächen 24' sind gegenüber der Längsrichtung L so geneigt, dass sich in eine Hauptabstrahlrichtung x weisende Richtungskomponenten des auftreffenden Lichtes 20 der wenigstens einen Lichtquelle 16 bei der Reflexion vergrößern. Als erwünschte Folge trifft so umgelenktes Licht 20 so steil auf eine Lichtaustrittslinse 26 des Lichtleiters 18 auf, dass es dort austritt. Die Lichtaustrittslinse 26 erstreckt sich über einen Teil oder über eine gesamte Länge einer Vorderseite 23 des Lichtleiters 18.
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2 zeigt ein erstes Ende 18.1 eines langgestreckten Lichtleiters mit einer bevorzugten Querschnittsform, die senkrecht zum Verlauf des Lichtleiters 18 orientiert ist, in einer Schrägansicht. Der Verlauf des Lichtleiters 18 entspricht einer mittleren Lichtausbreitungsrichtung L von Licht der Lichtquelle 16 im Lichtleiter 18. Der Verlauf ist hier ein im Raum gekrümmter Verlauf, zum Beispiel der in 1 gezeigte Verlauf. Der Lichtleiter 18 weist in seiner Rückseite 22 die Prismenrippe 24 auf. Jedes Prisma weist eine Reflexionsfläche 28 auf. Die Prismenrippe 24 ist in der z-Richtung bevorzugt nur 0,5 mm bis 2 mm breit. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Breite der Prismenrippe in der z-Richtung als eine Funktion der y-Koordinate nicht konstant sondern weist in Abhängigkeit von y verschieden breite Bereiche auf. in den breiteren Bereichen wird im Vergleich zu den schmaleren Bereichen ein größerer Bruchteil des zunächst bevorzugt in y-Richtung propagierenden Lichtes ausgekoppelt. Dadurch können in der Lichtaustrittsfläche Stellen aufgehellt werden, die dem Betrachter ohne diese Maßnahme dunkler erscheinen würden als benachbarte Stellen der Lichtaustrittsfläche. Die Modulation der Breite in z-Richtung kann als eine einen periodischen Anteil aufweisende Funktion der y-Koordinate verwirklicht sein.
In der x-Richtung erweitert sich der Querschnitt des Lichtleiters 18 bevorzugt kontinuierlich auf eine Breite seiner Lichtaustrittslinse 26. Dadurch wird der Öffnungswinkel des im Lichtleiter 18 in der x-z-Ebene propagierenden Lichtes verringert. Die Lichtaustrittslinse 26 weist bevorzugt die dargestellte konvexe Form und damit eine sammelnde Wirkung auf. Deren Brennweite ist bevorzugt so auf den Abstand der Prismenrippe 24 von der Lichtaustrittslinse 26 und die Breite der Prismenrippe 24 in z-Richtung abgestimmt, dass diese Breite für einen Betrachter optisch auf die Breite der Lichtaustrittslinse 26 in der z-Richtung vergrößert wird. Dies trägt zu einer in der Breite der Lichtaustrittslinse 26 erwünscht homogenen Leuchtdichte bei.
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Ein langgestreckter Lichtleiter mit Prismenrippe, Lichtaustrittslinse und Lichteintrittsfläche ist Stand der Technik. Die Erfindung unterscheidet sich davon durch eine spezielle Ausformung der Lichteintrittsfläche 18.2 unmittelbar an den Normalprojektionen der Mittelpunkte der Lichtquellen 16.1, 16.2.
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Die Lichteintrittsfläche 18.2 ist so geformt, dass die in der Lichteintrittsfläche und der gedachten ebenen Fläche verlaufende Schnittkurve eine mit wenigstens einem ersten Krümmungsradius R1 gekrümmte Grundform aufweist, die mit zweiten Krümmungsradien R2 moduliert ist, wobei die Grundform so gekrümmt ist, dass sie einen außerhalb des Lichtleiters liegenden Brennpunkt BP aufweist und von dem Brennpunkt BP ausgehende Lichtstrahlen ohne die Modulation parallel ausrichten würde und dass die Lichtquelle in dem Brennpunkt angeordnet ist. Das Verhältnis von R1 zu R2 beträgt bevorzugt 5 bis 10.
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Die Lichteintrittsfläche 18.2 weist zylinderförmige Lichteintrittsoptiken Z1, Z2. auf. Die Normalprojektionen entsprechen in der Regel den zentralen Strahlen von Lichtbündeln, die von den Lichtquellen 16.1, 16.2 emittierbar sind. Die Zylinderachsen der zylinderförmigen Lichteintrittsoptiken Z1, Z2 sind parallel zueinander.
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Die in der 3 dargestellte gedachte Fläche M entspricht einer Schnittfläche und ist dadurch definierbar, dass der zentrale 20.1 Strahl eines von wenigstens einer Lichtquelle 16.1, 16.2 ausgehenden Lichtbündels (in der gedachten Fläche M verläuft und dass die Fläche M sowohl die Vorderseite 23 als auch die Rückseite 22 des Lichtleiters 18 jeweils am ersten Ende 18.1 des Lichtleiters 18 schneidet und auch die Lichteintrittsfläche 18.2 schneidet. Allgemein ist die Fläche M eine Fläche, die durch den Verlauf L und die Hauptlichtabstrahlrichtung (x-Richtung) festgelegt ist. Die Fläche M teilt den Lichtleiter in zwei zueinander symmetrische Hälften.
Die wenigstens eine Lichtquelle 16.1, 16.2 ist an dem ersten Ende 18.1 so angeordnet, dass der zentrale Strahl 20.1 die Lichteintrittsfläche 18.2 in einem Punkt P schneidet, in dem die Flächennormale der Lichteintrittsfläche 18.2 mit dem zentralen Strahl 20.1 fluchtet, bzw. in welchem Punkt die Tangente der Lichteintrittsfläche 18.2 senkrecht zum zentralen Strahl 20.1 liegt.
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Die Lichteintrittsfläche 18.2 ist so geformt, dass die in der Lichteintrittsfläche 18.2 und der gedachten ebenen Fläche M verlaufende Schnittkurve 18.3 eine mit wenigstens einem ersten Krümmungsradius R1 gekrümmte Grundform aufweist. Die Schnittkurve 18.3 ist in der 3 die von der Lichteintrittsfläche 18.2 in der z-Blickrichtung sichtbare Kante. Betrachtet man die Grundform allein, das heißt ohne die erfindungsgemäße Modulation, so ist diese Grundform so gestaltet, dass sie einen außerhalb des Lichtleiters liegenden Brennpunkt BP aufweist, so dass sie von dem Brennpunkt BP ausgehende Lichtstrahlen (unter Berücksichtigung des Brechungsindexes des Lichtleitermaterials) so ausrichten würde, dass das Licht im Lichtleiter parallel ausgerichtet ist. Die wenigstens eine Lichtquelle 16.1, 16.2 ist in dem Brennpunkt BP angeordnet, bzw. der Brennpunkt BP liegt jeweils in der Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle 16.1, 16.2.
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Im Ausführungsbeispiel, das in der 3 dargestellt ist, ist jede Lichtquelle 16.1, 16.2 in einem Lichtquellenindividuellen Brennpunkt BP der Grundform der gedachten ebenen Fläche M angeordnet. Alternativ zu einer vollständigen Parallelisierung kann die Grundform auch so gestaltet sein, dass der Öffnungswinkel des eintretenden Lichtes 20 zwar nicht gleich 0 wird, aber doch kleiner ist als der Öffnungswinkel wird, der sich allein durch die Brechungsindizes der an die Lichteintrittsfläche 18.2 angrenzenden Materialien (Luft, Lichtleiter 18) einstellen würde.
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Mit dieser Grundform wird das erste Ziel erreicht, die von den Lichtquellen 16.1, 16.2 ausgehenden Strahlen 20 in der gedachten Ebene M, die eine Mittelebene des Lichtleiters 18 darstellt, zumindest weitgehend zu parallelisieren. Die Mittelfläche und damit auch die gedachte Ebene M, entsprechen damit auch einer Ebene, in der eine Schar von Geraden liegt, die (quer zur Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes 20 der Lichtquellen 16.1, 16.2 im Lichtleiter) von der Mitte der Prismenrippe 24 zu der Mitte der Lichtaustrittslinse verlaufen.
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4 zeigt die in der Lichteintrittsfläche 18.2 und der gedachten ebenen Fläche M verlaufende Schnittkurve 18.3, die eine mit wenigstens einem ersten Krümmungsradius R1 gekrümmte Grundform aufweist und die zusätzlich mit zweiten Krümmungsradien R2 moduliert ist. Die Krümmungsradien R1, R2 sind bevorzugt nicht konstant sondern variieren so, dass die gekrümmten Grundformen Hyperbeln sind.
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Die zweiten Krümmungsradien R2 liegen ebenfalls in der gedachten Ebene M und sind kleiner als die ersten Krümmungsradien R1. Die Lichteintrittsflächen 18.2 ergeben sich insgesamt als Zylindermantelflächen, wobei die modulierte Schnittkurve 18.3 eine Leitkurve ist und die Erzeugenden jeweils im Zylindermantel liegende Geraden G sind, wie sie in 1 dargestellt sind.
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Da eine Parallelisierung alleine nicht zu der mit der Erfindung angestrebten Homogenisierung der Winkelverteilung der Richtungen des im Lichtleiter propagierenden Lichtes 20 führt, weist die wenigstens einen ersten in der gedachten Ebene M liegenden Krümmungsradius R1 aufweisende Grundform der Schnittkurve 18.3 die Modulation mit den kleineren zweiten Krümmungsradien R2 auf.
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Durch die Modulation der Grundform ergibt sich für jede von den im Ausführungsbeispiel der 4 dargestellten zylinderförmigen Lichteintrittsoptik Z1, Z2, Z3 eine zylindrische Grundform, die mit im Vergleich zur zylindrischen Grundform kleineren Zylindern moduliert ist, wobei die Erzeugenden aller Zylinder parallel sind. Die kleineren Zylinder erfüllen als Streuwalzen die Funktion, in der gleichen Ebene zu streuen, in der die Grundform allein parallelisierend, bzw. zumindest Öffnungswinkelverringernd wirken würde. Sowohl die Grundform als auch die Modulationen der Grundform sind bevorzugt konvex.
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Der zentrale Vorteil gegenüber einer Streuung ohne die vorherige Parallelisierung ist, dass der Anteil der durch die Streuung erzeugten steilen Strahlwinkel, welche den Lichtleiter ohne Totalreflektion sofort wieder verlassen, reduziert werden kann.
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Durch diese Maßnahmen wird das Abbild der in der Regel als LED Chips verwirklichten Lichtquellen 16.1, 16.2 und ggf. weiterer Lichtquellen auf der Lichteintrittsfläche vergrößert, was die gleichförmige Ausleuchtung der einzelnen Prismen der Prismenrippe 24 erleichtert und somit ein homogenes Erscheinungsbild ermöglicht.
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Es ist von Vorteil, die Tiefe der Streuwalzen, mit der sie in der Richtung des zentralen Strahls in die Lichteintrittsfläche hineinragen, bzw. aus dieser herausragen, zu begrenzen. Andernfalls treffen Strahlen von gegebenenfalls vorhandenen benachbarten Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung in einem zu steilem Winkel auf und sind für die weitere Nutzung im Lichtleiter verloren. Für einen quer zur Richtung des zentralen Strahls 20.1 am Rand des Lichtleiters liegenden Teil der Lichteintrittsfläche kann die Tiefe t einen größeren Wert besitzen als für nicht an dem Rand liegende Teile der Lichteintrittsfläche, weil das Risiko des zu steilen Winkels wegen der Randlage dort nicht besteht, da es dort keine benachbarte Lichtquelle mehr gibt.
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Eine gedachte gerade Linie erstreckt sich im Lichtleiter 18 senkrecht zu den zentralen Strahlen der in den Lichtleiter eintretenden Lichtbündel und senkrecht zu den Erzeugenden der zylinderförmigen Lichteintrittsoptiken Z1, Z2, Z3, ....
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Die Tiefe t ist jeweils der größte Abstand der Lichteintrittsoptik von dieser Geraden in der Richtung der zentralen Strahlen, welche die zwei Punkte in der Zeichnungsebene der 4 miteinander verbindet.
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5 zeigt eine Lichteintrittsfläche 18.2 des Lichtleiters 18 zusammen mit zwei Lichtquellen 16.1, 16.2, die vor ihren jeweiligen Lichteintrittsoptiken Z.1, Z.2 angeordnet sind. Die Lichteintrittsoptiken Z.1, Z.2 erstrecken sich über die gesamte Breite des Lichtleiters. Die Mittelfläche ist die gedachte ebene Fläche aus der 3.
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Prinzipiell können so viele Lichtquellen 16.1, 16.2, usw. längs einer zwischen der Vorderseite 23 und der Rückseite 22 des Lichtleiters 18 in der gedachten ebenen Fläche M und der Lichteintrittsfläche 18.2 verlaufenden Linie aneinandergereiht werden, bis der Lichtleiterquerschnitt längs dieser Linie vollständig abgedeckt ist.
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Die erfindungsgemäße Form der Lichteintrittsfläche 18.2 hat den Vorteil, dass die in den Lichtleiter 18 eingetretenen Lichtstrahlen bereits die ersten, der Lichteintrittsfläche 18.2 am nächsten lokalisierten Prismen der Prismenrippe 24 erreichen können und somit die Beleuchtung der Lichtaustrittslinse 26 des Lichtleiters 18 bereits in größerer räumlicher Nähe zur Lichteintrittsfläche 18.2 möglich ist als bei Lichtleitern 18 mit ebener Lichteintrittsfläche.
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Die Abbildung der Lichtquelle(n) auf der Lichteintrittsfläche wird umso größer, je weiter die jeweilige Lichtquelle 16.1, 16.2 von der Lichteintrittsfläche 18.2 entfernt angeordnet ist, was positiv ist. Mit zunehmender Entfernung sinkt jedoch die Einkopplungseffizienz, also der Anteil am von der Lichtquelle 16.1, 16. 2 ausgehenden Licht 20, der in den Lichtleiter 18 eintritt, und der benötigte Bauraum nimmt zu. Hier muss ein Kompromiss zwischen Homogenität und Effizienz gefunden werden.
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Ein direktes Aneinanderangrenzen der Lichteintrittsoptiken Z1, Z2 ist zu empfehlen. Liegen zwischen den Lichteintrittsoptiken Z1, Z2 ebene Bereiche der Lichteintrittsfläche 18.2, ist die Anordnung wesentlich toleranzempfindlicher gegenüber der Verschiebung der Lichtquellen 16.1, 16.2 auf der senkrecht zur Erzeugenden G (Mantellinie) der Lichteintrittsoptiken Z1, Z2.
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Für den Fall, dass Lichtquellen mit verschiedenen Farben zum Einsatz kommen, bietet es sich an, diese übereinander, also entlang der Auszugsrichtung der Streuwalzen und damit entlang zur Erzeugenden (Mantellinie) der zylindrischen Lichteintrittsoptiken Z1, Z2 und symmetrisch zur gedachten ebenen Fläche M anzuordnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018104055 [0001, 0011]
- DE 102012106481 [0007, 0014]
- US 2012/0314448 [0007]
