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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2015 102 243 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Signallichtverteilung und zusätzlich eine holografische Leuchtgrafik erzeugen kann. Die darin beschriebene Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelleneinheit und eine Optikeinrichtung mit zwei Optikeinheiten, wobei eine erste Optikeinheit zur Umlenkung eines von einer ersten Lichtquelle der Lichtquelleneinheit emittierten ersten Lichtbündels zur Erzeugung der vorgegebenen Signallichtverteilung vorgesehen ist und wobei eine zweite Optikeinheit ein Hologrammelement zur Umlenkung eines von einer zweiten Lichtquelle der Lichtquelleneinheit erzeugten zweiten Lichtbündels vorgesehen ist zur Erzeugung einer holografischen Leuchtgrafik, so dass die vorgegebene Signalfunktion durch die Signallichtverteilung und die räumlich entfernte holografische Leuchtgrafik gebildet ist. Dabei können sowohl die erste als auch die zweite Lichtquelle als Leuchtdioden (LED) ausgebildet sein.
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Die Signalbeleuchtung von Fahrzeugen ist spätestens seit der Verwendung optikfreier Außenscheiben und Leuchtdioden als Lichtquellen zunehmend stärker geprägt von einer stilistischen Ausführung der Heckleuchten und Scheinwerfer. Lichtdesigner beschäftigen sich mit dem Aussehen und der Gestaltung optischer Systeme und der Ausprägung und Umsetzung von Lichtsignaturen, die oftmals typisch für die Marke des Kraftfahrzeugs ausgeführt sind.
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Bei der Gestaltung von Lichtfunktionen und Signaturen spielt die Homogenität der ausgeleuchteten Fläche ein große Rolle, wenn beispielsweise eine über die gesamte Breite des Fahrzeugs verlaufende Lichtsignatur gleichmäßig ausgeleuchtet sein soll. Andererseits spielt eine Tiefenwirkung und Dreidimensionalität eine ebenso entscheidende Rolle bei der Gestaltung. Zur Generierung einer dreidimensionalen Ausleuchtung werden zunehmend holografische Systeme eingesetzt.
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Ein Hologramm, mit einem beliebigen grafischen Inhalt von dreidimensional ausgeführten und/oder angeordneten Objekten, Texten, Symbolen oder andere Inhalten, wird in der Regel mit einem Laser geschrieben, der beispielsweise eine Bandbreite zwischen 0,1 nm bis etwa 2,0 nm aufweist. Das Hologramm kann durch Beleuchtung mit einer Leuchtdiode rekonstruiert werden, so dass der Betrachter das dreidimensionale Hologramm als virtuelle 3D-Leuchtsignatur wahrnimmt. Die Effizienz der Hologramme, die beim Schreiben und bei der Rekonstruktion für eine spezielle Wellenlänge eines Lasers ausgelegt sind, ist bei der Beleuchtung beziehungsweise Rekonstruktion mit einer Leuchtdiode, die verglichen mit einem Laser in der Regel eine sehr viel größere Bandbreite von beispielsweise 16 nm bis 20 nm aufweist, entsprechend gering, weil nur ein kleiner Bereich der Bandbreite der Leuchtdiode genutzt wird. Das restliche Licht der Leuchtdiode wird für das Hologramm nicht genutzt, so dass sich ein System mit lediglich einem von einer Leuchtdiode beleuchteten Hologramm nicht für die Erfüllung einer Signalfunktion mit vom Gesetzgeber geforderten Lichtstärken eignet.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die trotz der Verwendung eines Hologramms eine erhöhte Effektivität aufweist.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß Anspruch 1 umfasst die Beleuchtungsvorrichtung
- - eine Lichtquelle,
- - einen Lichtleiter, der eine Eintrittsfläche sowie eine erste Austrittsfläche und mindestens eine zweite Austrittsfläche aufweist,
- - ein an oder in dem Lichtleiter angeordnetes Hologramm,
- - wobei die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass das von der Lichtquelle ausgehende Licht zumindest teilweise in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eintritt,
- - wobei die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass ein erster Teil des in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eingetretenen Lichts, der eine erste spektrale Verteilung aufweist, mit dem Hologramm wechselwirkt und zur Erzeugung einer ersten Lichtfunktion durch die erste Austrittsfläche austritt, so dass ein in dem Hologramm gespeichertes Bild rekonstruiert wird und für einen Betrachter der Beleuchtungsvorrichtung sichtbar ist, und
- - wobei die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass ein zweiter Teil des in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eingetretenen Lichts, der eine zweite, von der ersten spektralen Verteilung verschiedene spektrale Verteilung aufweist, zur Erzeugung einer zweiten Lichtfunktion aus der mindestens einen zweiten Austrittsfläche austritt.
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Der Lichtleiter wird somit für eine doppelte, unterschiedliche Lichtnutzung eingesetzt. Einerseits ist der Lichtleiter mit einer ersten Austrittsfläche versehen, aus der der Teil des Lichts, der mit dem Hologramm wechselgewirkt hat, austreten kann, wobei der aus der ersten Austrittsfläche ausgetretene Teil des Lichts eine interessante dreidimensionale Lichtsignatur erzeugen kann. Andererseits wird das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht für eine gewünschte, funktionale Lichtabstrahlung direkt genutzt und durch die mindestens eine zweite Austrittfläche aus dem Lichtleiter abgestrahlt, um die Lichtverteilung und Intensität für eine Signalfunktion, beispielsweise für ein Seitenmarkierungslicht, ein Schlusslicht, ein Bremslicht oder einen Fahrtrichtungsanzeiger oder ein Tagfahrlicht zur Verfügung zu stellen. Dabei nutzt das Hologramm auf Grund seiner Wellenlängenselektivität nur einen geringen Teil des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts. Der von dem Hologramm nicht genutzte Teil des Lichts ermöglicht eine zweite, effektive Nutzung des Lichts durch eine direkte Lichtauskopplung aus der mindestens einen zweiten Austrittfläche und somit die Erzeugung erforderlicher Intensitäten für die gewünschte Signalfunktion.
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Die Lichtquelle kann mindestens eine Leuchtdiode aufweisen. Als Leuchtdioden können einfarbige Leuchtdioden, wie beispielsweise rote, superrote, gelbe oder cyan-farbige, oder weiße Leuchtdioden verwendet sein, wobei die Leuchtdioden in Abhängigkeit von der gewünschten Signalfunktion ausgewählt werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste spektrale Verteilung eine kleinere Bandbreite als die zweite spektrale Verteilung aufweist, insbesondere wobei die Bandbreite der ersten spektralen Verteilung der Bandbreite einer Laserlichtquelle entspricht, mit der das Hologramm geschrieben wurde, und wobei die Bandbreite der zweiten spektralen Verteilung der Bandbreite einer Leuchtdiode entspricht. Dabei kann die zweite spektrale Verteilung in einem Wellenlängenbereich, der demjenigen der für das Schreiben des Hologramms verwendeten Laserlichtquelle entspricht, eine mehr oder weniger ausgeprägte Einbuchtung oder Lücke aufweisen.
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Insbesondere ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet, dass das in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eingetretene Licht auf seinem Weg durch den Lichtleiter zuerst auf das Hologramm auftrifft, so dass der erste Teil des Lichts mit dem Hologramm wechselwirkt und durch die erste Austrittsfläche austritt, und dass der zweite Teil des Lichts nach dem Auftreffen auf das Hologramm sich in dem Lichtleiter zu der mindestens einen zweiten Austrittsfläche bewegt und aus dieser austritt. Auf diese Weise kann sich der Teil des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts, der aufgrund seiner Wellenlänge nicht zu Rekonstruktion des Hologramms geeignet ist, an dem Hologramm vorbei zu der mindestens einen zweiten Austrittsfläche bewegen und aus dieser zur Erzeugung der zweiten Lichtfunktion, insbesondere zur Erzeugung einer Signalfunktion mit hoher Intensität, austreten.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass das in die Eintrittsfläche des Lichtleiters eingetretene Licht in dem Lichtleiter unter einem Winkel totalreflektiert wird, der dem Rekonstruktionswinkel des Hologramms entspricht. Durch diese Gestaltung wird gewährleistet, dass das Hologramm möglichst effektiv rekonstruiert wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Lichtleiter langgestreckt ist und dass die Eintrittsfläche an einer der Stirnseiten des Lichtleiters oder in einem stirnseitigen Bereich des Lichtleiters angeordnet ist, insbesondere wobei die Eintrittsfläche mit der Längsrichtung des Lichtleiters einen Winkel ungleich 90°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 30° und 80°, einschließt. Durch einen derart gestalteten Lichtleiter wird ein sogenanntes Waveguide-Hologramm-System gebildet, das insbesondere einen flachen, bauraumsparenden Lichtleiter mit einem Hologramm und einer randseitigen Lichteinkopplung umfasst. Durch die unter einem geeigneten Winkel zur Längsrichtung des Lichtleiters geneigte Eintrittsfläche kann die Ausbreitung des Lichts in dem Lichtleiter durch Totalreflektionen unter dem Rekonstruktionswinkel des Hologramms erreicht werden.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die erste Austrittsfläche und/oder das Hologramm an einer der Längsseiten des Lichtleiters angeordnet sind. Weiterhin kann die mindestens eine zweite Austrittsfläche in einem von der Eintrittsfläche abgewandten Bereich, insbesondere an der von der Eintrittsfläche abgewandten Stirnseite oder in einem Abschnitt angeordnet ist, der an die von der Eintrittsfläche abgewandten Stirnseite angrenzt, vorzugsweise wobei die zweite Austrittsfläche oder eine der zweiten Austrittsflächen an der gleichen Seite des Lichtleiters angeordnet ist wie die erste Austrittsfläche. Damit kann der Teil des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts, der aufgrund seiner Wellenlänge nicht zu Rekonstruktion des Hologramms geeignet ist, an dem Hologramm vorbei zu der mindestens einen zweiten Austrittsfläche gelangen. Durch die Anordnung der zweiten Austrittsfläche oder einer der zweiten Austrittsflächen an der gleichen Seite des Lichtleiters wie die erste Austrittsfläche kann das aus den Austrittsflächen austretende Licht im Wesentlichen in die gleiche Richtung aus der Beleuchtungsvorrichtung austreten.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stirnseite, an der die mindestens eine zweite Austrittsfläche oder eine der zweiten Austrittsflächen angeordnet ist, mit einer Fase versehen ist, um das Austreten des zweiten Teils des Lichts aus der mindestens einen zweiten Austrittsfläche oder einer der zweiten Austrittsflächen zu ermöglichen oder zu erleichtern. Die Fase bildet dabei einen funktionalen Bereich, der aufgrund der Formgebung des Lichtleiters, insbesondere durch eine geeignete Wahl des Winkels der Fase, dazu geeignet ist, das Licht in einer gewünschten Richtung und Verteilung aus dem Lichtleiter auszulenken.
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Es besteht die Möglichkeit, dass der Lichtleiter eine Streuoptik, insbesondere in Form einer Prismen-Streifenoptik, einer Zylinderstreifenoptik oder einer Prismen-Optikmatrix, und/oder dass der Lichtleiter eine optische Struktur, insbesondere in Form einer Mikrostrukturierung, zur Auskopplung des zweiten Teils des Lichts aus der mindestens einen zweiten Austrittsfläche aufweist, wobei die Streuoptik und/oder die optische Struktur an der mindestens einen zweiten Austrittsfläche oder an einer der mindestens einen zweiten Austrittsfläche gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters angeordnet ist. Durch die Streuoptik und/oder die optische Struktur wird die Effektivität der Auskopplung durch die mindestens eine zweite Austrittsfläche verbessert. Weiterhin kann durch die Streuoptik und/oder die optische Struktur das Licht aus dem Lichtleiter in einen gewünschten Winkelbereich gestreut werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Abschlussscheibe umfasst, wobei die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass das von der ersten Austrittsfläche und der mindestens einen zweiten Austrittsfläche ausgehende Licht durch die Abschlussscheibe hindurchtritt. Die Abschlussscheibe oder Außenscheibe der Beleuchtungsvorrichtung entspricht zumeist der Größe und der Form der Beleuchtungsvorrichtung, wobei der vorgesehene oder mögliche Einbauort einen Einfluss auf die Größe und die Form der Abschlussscheibe hat. Insbesondere wenn die erste Austrittsfläche und die mindestens eine zweite Austrittsfläche auf gleichen Seite des Lichtleiters angeordnet sind, können beide Lichtfunktionen einfach durch die Abschlussscheibe hindurchtreten.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass ein Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichts nicht in Lichtleiter eingekoppelt wird, sondern an dem Lichtleiter vorbei aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt, insbesondere wobei dieser Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichts ebenfalls durch die Abschlussscheibe hindurchtritt. Dabei kann die Abschlussscheibe in dem Bereich, durch den der sich an dem Lichtleiter vorbeibewegende Teil des Lichts hindurchtritt, optische Elementen oder Strukturen versehen sein, um das Hindurchtreten dieses Teils des Lichts zu erleichtern oder um diesen Teil des Lichts zu formen oder zu homogenisieren. Alternativ kann auch zwischen der Lichtquelle und der Abschlussscheibe eine separate Lichtscheibe mit optischen Elementen oder Strukturen vorgesehen sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen und eine Mehrzahl von, insbesondere nebeneinander angeordneten, Lichtleitern mit jeweils einer Eintrittsfläche sowie jeweils einer ersten Austrittsfläche und jeweils mindestens einer zweiten Austrittsfläche aufweist, wobei an oder in jedem der Lichtleiter ein Hologramm angeordnet ist und wobei die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass das Licht einer jeden der Lichtquellen in jeweils einen der Lichtleiter eintritt und teilweise mit dem Hologramm des jeweiligen Lichtleiters wechselwirkt. Dadurch kann für das Hologramm eine größere Fläche bereitgestellt werden. Weiterhin können dadurch zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten und Integrationen ermöglicht werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die mehreren Lichtleiter sich in der gleichen Richtung erstrecken und/oder dass mehrere der Lichtleiter sich in einer ersten Richtung erstrecken und sich mindestens einer der Lichtleiter in einer zweiten, von der ersten Richtung verschiedenen, Richtung erstreckt, wobei die zweite Richtung insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung ist. Die erste Richtung kann beispielsweise die horizontale Richtung sein, so dass der Hologrammbereich sichtbar ist, wenn ein Betrachter schräg von oben auf die Beleuchtungsvorrichtung schaut. Durch mindestens einen in einer zweiten, vorzugsweise vertikalen Richtung, angeordneten Lichtleiter kann mit der Betrachtungsmöglichkeit von oben eine seitliche Betrachtung des Hologrammbereichs ermöglicht werden.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl von Lichtquellen und einen Lichtleiter mit einer Mehrzahl von Eintrittsflächen sowie einer Mehrzahl von ersten Austrittsflächen und einer Mehrzahl von zweiten Austrittsflächen aufweist, wobei an oder in dem Lichtleiter eine Mehrzahl von Hologrammen angeordnet ist und wobei die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dass das Licht einer jeden der Lichtquellen in jeweils eine der Eintrittsflächen des Lichtleiters eintritt und teilweise mit einem der Hologramme wechselwirkt. Dadurch kann für das Hologramm eine weitgehend einteilige, große Fläche bereitgestellt werden.
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Das Hologramm kann als ein Volumenhologramm in Form einer holografischen Folie, insbesondere einer Photopolymerfolie, oder als ein Oberflächenhologramm in Form einer auf den Lichtleiter aufgebrachten diffraktiven Struktur ausgeführt sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Hologramm ein Transmissionshologramm ist, das insbesondere an der ersten Austrittsfläche des Lichtleiters angeordnet ist. Das Transmissionshologramm kann beispielsweise bei der Ausführung als in einer Folie gespeichertes Volumenhologramm auf die Außenseite der ersten Austrittsfläche aufgeklebt sein.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Hologramm ein Reflexionshologramm ist, das insbesondere an einer Fläche des Lichtleiters angeordnet ist, die der ersten Austrittsfläche des Lichtleiters gegenüberliegt. Das Reflexionshologramm kann beispielsweise bei der Ausführung als in einer Folie gespeichertes Volumenhologramm auf die von der ersten Austrittsfläche abgewandte Seite des Lichtleiters aufgeklebt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Reflexionshologramm an der ersten Austrittsfläche des Lichtleiters angebracht ist. Bei dieser Variante kann das Licht an der Vorderseite der Hologrammfolie totalreflektiert werden und so auf eine hintere Photopolymerschicht des Reflexionshologramms auftreffen, dass das in dem Reflexionshologramm gespeicherte Bild rekonstruiert wird.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 2 eine Seitenansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1;
- 3 eine perspektivische Explosionsansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 1;
- 4 eine Schnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 5 eine 4 entsprechende Schnittansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 4 mit eingezeichneten Lichtstrahlen;
- 6 eine Seitenansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 4 mit einer beispielhaften Rekonstruktion des Hologramms der Beleuchtungsvorrichtung;
- 7 eine Seitenansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 4 mit einer weiteren beispielhaften Rekonstruktion des Hologramms der Beleuchtungsvorrichtung;
- 8 eine perspektivische Ansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 4 mit einer weiteren beispielhaften Rekonstruktion des Hologramms der Beleuchtungsvorrichtung;
- 9 eine Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 10 eine 9 entsprechende Schnittansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 9 mit eingezeichneten Lichtstrahlen;
- 11 eine 10 entsprechende Schnittansicht eines Teils einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit eingezeichneten Lichtstrahlen;
- 12 eine perspektivische Ansicht eines Details des Lichtleiters der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 4;
- 13 eine Seitenansicht eines Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 9;
- 14 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 15 eine Seitenansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 14;
- 16 eine 15 entsprechende Schnittansicht des Teils der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 14 mit eingezeichneten Lichtstrahlen;
- 17 eine Seitenansicht eines Teils einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit eingezeichneten Lichtstrahlen;
- 18 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer siebten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 19 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer achten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
- 20 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer neunten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
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In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 bis 3 abgebildete erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine als Leuchtdiode (LED) ausgebildete Lichtquelle 1, von der im Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung Licht 2 ausgeht. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiterhin einen Lichtleiter 3, der eine Eintrittsfläche 4 sowie eine erste Austrittsfläche 5 und eine zweite Austrittsfläche 6 aufweist (siehe 2 und 3). Der Lichtleiter 3 ist langgestreckt und plattenförmig flach ausgebildet, wobei die Eintrittsfläche 4 an der in 1 bis 5 linken der Stirnseiten des Lichtleiters 3 ausgebildet ist. Weiterhin sind die erste Austrittsfläche 5 und die zweite Austrittsfläche 6 nebeneinander an der in den 1 und 2 unteren Längsseite beziehungsweise in 3 der vorderen Längsseite des Lichtleiters 3 angeordnet.
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Zwischen der Lichtquelle 1 und der Eintrittsfläche 4 des Lichtleiters 3 ist eine Kollimationslinse 7 zur Bündelung des von der Lichtquelle 1 ausgehenden Lichts 2 vorgesehen. Alternativ kann ein Reflektor zur Bündelung des von der Lichtquelle 1 ausgehenden Lichts 2 vorgesehen sein.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst bei allen abgebildeten Ausführungsformen ein Hologramm 8, das an oder in dem Lichtleiter angeordnet ist. Das Hologramm 8 kann als ein Volumenhologramm in Form einer holografischen Folie, insbesondere einer Photopolymerfolie, ausgeführt sein. Beispielsweise kann diese Folie von außen auf den Lichtleiter 3 aufgeklebt sein. Das Hologramm 8 kann alternativ als ein Oberflächenhologramm in Form einer auf den Lichtleiter 3 aufgebrachten diffraktiven Struktur ausgeführt sein. Das Hologramm 8 kann insbesondere auf der Außenseite der ersten Austrittsfläche 5 angeordnet sein beziehungsweise aufgeklebt sein (siehe 4 und 5). In diesem Fall ist das Hologramm 8 ein Transmissionshologramm.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Hologramm 8 ein Reflexionshologramm ist, das insbesondere an einer Fläche 9 des Lichtleiters 3 angeordnet ist, die der ersten Austrittsfläche 5 des Lichtleiters 3 gegenüberliegt. Ein Reflexionshologramm kann beispielsweise bei der Ausführung als in einer Folie gespeichertes Volumenhologramm auf die von der ersten Austrittsfläche 5 abgewandte Seite des Lichtleiters 3 aufgeklebt sein.
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Die Eintrittsfläche 4 schließt mit der Längsrichtung des Lichtleiters 3 einen Winkel ungleich 90°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 30° und 80°, ein. Durch einen derart gestalteten Lichtleiter 3 wird ein sogenanntes Waveguide-Hologramm-System gebildet, das insbesondere einen flachen, bauraumsparenden Lichtleiter 3 mit einem Hologramm 8 und einer randseitigen Lichteinkopplung umfasst. Durch die unter einem geeigneten Winkel zur Längsrichtung des Lichtleiters 3 geneigte Eintrittsfläche 4 kann die Ausbreitung des Lichts 2 in dem Lichtleiter 3 durch Totalreflektionen unter einem Winkel erreicht werden, der dem Rekonstruktionswinkel des Hologramms 8 entspricht.
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Ein erster Teil 10 des in den Lichtleiter 3 durch die Eintrittsfläche 4 eingetretenen Lichts 2 trifft auf das Hologramm 8. Dieser erste Teil 10 des Lichts 2 wechselwirkt mit dem Hologramm 8 und tritt durch die erste Austrittsfläche 5 aus (siehe 5), so dass ein in dem Hologramm 8 gespeichertes Bild 11 rekonstruiert wird und für einen Betrachter der Beleuchtungsvorrichtung sichtbar ist. Dieses rekonstruierte Bild 11 entspricht einer ersten von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichtfunktion, insbesondere einer Lichtsignatur.
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In den 6 bis 8 sind Beispiele von möglichen rekonstruierten Bildern 11 abgebildet. Das rekonstruierte Bild 11 weist beispielsweise dreidimensionale Leuchtobjekte, zweidimensionale Leuchtflächen, Buchstaben, Text, Symbole oder andere Inhalte auf. Die Inhalte können dabei beliebig angeordnet sein, um einen guten 3D-Eindruck zu generieren, Aufmerksamkeit zu erzeugen, beispielsweise für Warnungen oder Hinweise, und aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen weitere, neue Inhalte zu zeigen, die in der Vorderansicht nicht sichtbar sind. Es besteht die Möglichkeit, mehrere Hologramme 8 vorzusehen, so dass auch Bewegungen der Objekte oder Texte oder Symbole erzeugt werden können, die bei veränderten Betrachtungswinkeln sichtbar sind.
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Das Hologramm 8 ist mit dem Licht einer Laserlichtquelle geschrieben worden, die beispielsweise eine Bandbreite zwischen 0,1 nm bis etwa 2,0 nm aufweist. Daher wird für die Rekonstruktion des Hologramms 8 letztlich nur ein erster Teil 10 des Lichts 2 genutzt, der hinsichtlich seiner spektralen Verteilung beziehungsweise hinsichtlich seiner Wellenlänge und seiner Bandbreite dem Licht einer Laserlichtquelle entspricht, mit dem das Hologramm 8 geschrieben wurde. Der erste Teil 10 des Lichts 2 weist somit eine vergleichsweise schmalbandige erste spektrale Verteilung auf.
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Das von der Lichtquelle 1 ausgehende und in den Lichtleiter 3 eingekoppelte Licht 2 ist das Licht einer Leuchtdiode. Eine Leuchtdiode weist in der Regel eine sehr viel größere Bandbreite von beispielsweise 16 nm bis 20 nm auf. Daher ist der mit dem Hologramm 8 wechselwirkende erste Teil 10 nur ein vergleichsweise kleiner Teil des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts 2.
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Der weitaus größere, zweite Teil 12 des Lichts 2 wechselwirkt nicht mit dem Hologramm 8 und bewegt sich an dem Hologramm 8 vorbei nach rechts in den Figuren beziehungsweise in Richtung auf die von der Eintrittsfläche 4 abgewandte Seite des Lichtleiters 3. Dieser zweite Teil 12 des Lichts 2 kann durch die zweite Austrittsfläche 6 aus dem Lichtleiter 3 austreten (siehe dazu 10 und 11).
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Der zweite Teil 12 entspricht dem in den Lichtleiter 3 eingekoppelten Licht 2 abzüglich des mit dem Hologramm 8 wechselwirkenden ersten Teils 10. Der zweite Teil 12 des Lichts 2 weist somit eine vergleichsweise breitbandige zweite spektrale Verteilung auf, die im Wesentlichen derjenigen der Lichtquelle 1 entspricht. Allerdings weist die zweite spektrale Verteilung in einem Wellenlängenbereich, der demjenigen der für das Schreiben des Hologramms 8 verwendeten Laserlichtquelle entspricht, eine mehr oder weniger ausgeprägte Einbuchtung oder Lücke auf, weil dieser Wellenlängenbereich als erster Teil 10 des Lichts 2 mit dem Hologramm 8 wechselwirkt und aus der ersten Austrittsfläche 5 austritt.
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Der Lichtleiter 3 weist eine Streuoptik 13 auf (siehe 12), die insbesondere als Prismen-Streifenoptik, als Zylinderstreifenoptik oder als Prismen-Optikmatrix ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Lichtleiter eine optische Struktur aufweisen, die insbesondere als Mikrostrukturierung ausgebildete ist. Die Streuoptik 13 und/oder die optische Struktur können an der zweiten Austrittsfläche 6 oder an der der zweiten Austrittsfläche gegenüberliegenden Fläche 9 des Lichtleiters 3 angeordnet sein.
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Die Streuoptik 13 und/oder die optische Struktur können zur Auskopplung des zweiten Teils 12 des Lichts 2 aus der zweiten Austrittsfläche 6 dienen. Durch die Streuoptik 13 und/oder die optische Struktur wird die Effektivität der Auskopplung durch die zweite Austrittsfläche 6 verbessert. Weiterhin kann durch die Streuoptik 13 und/oder die optische Struktur der zweite Teil 12 des Lichts aus dem Lichtleiter in einen gewünschten Winkelbereich gestreut werden.
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Bei der vierten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist zusätzlich zu der neben der ersten Austrittsfläche 5 angeordneten zweiten Austrittsfläche 6 eine von der Eintrittsfläche 4 abgewandte Stirnseite 14 des Lichtleiters 3 als weitere zweite Austrittsfläche 15 ausgebildet (siehe 11). Auch durch diese weitere zweite Austrittsfläche 15 tritt ein Anteil des zweiten Teils 12 des Lichts aus.
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Es besteht durchaus die Möglichkeit, lediglich stirnseitig die zweite Austrittsfläche 15 vorzusehen und auf die an der Längsseite des Lichtleiters 3 angeordnete zweite Austrittsfläche 6 zu verzichten.
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Die ersten vier Ausführungsformen der Beleuchtungsvorrichtung unterscheiden sich durch die Gestaltung der von der Eintrittsfläche 4 abgewandten Stirnseite 14 des Lichtleiters 3. Die Stirnseite 14 der zweiten Ausführungsform ist gerade beziehungsweise weist einen Winkel von 90° relativ zu der Längserstreckung des Lichtleiters 3 auf (siehe 4 und 5). Die Stirnseite 14 der ersten Ausführungsform weist eine Fase 16 beziehungsweise einen Winkel ungleich 90° relativ zu der Längserstreckung des Lichtleiters 3 auf (siehe 2). Auch die Stirnseiten 14 der dritten und der vierten Ausführungsformen weist jeweils eine Fase 16 beziehungsweise einen Winkel ungleich 90° relativ zu der Längserstreckung des Lichtleiters 3 auf (siehe 10 und 11). Allerdings verläuft bei der dritten und der vierten Ausführungsform die Abschrägung der Fase 16 von oben in 10 beziehungsweise 11 nach unten und außen, wohingegen bei der ersten Ausführungsform die Abschrägung der Fase 16 von oben in 2 nach unten und innen verläuft.
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Die Fase 16 bildet dabei einen funktionalen Bereich, der aufgrund der Formgebung des Lichtleiters 3, insbesondere durch eine geeignete Wahl des Winkels der Fase 16, dazu geeignet ist, den zweiten Teil 12 des Lichts 2 in einer gewünschten Richtung und Verteilung aus dem Lichtleiter 3 austreten zu lassen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung kann in allen abgebildeten Ausführungsformen eine Abschlussscheibe 17 umfassen (siehe 13). Dabei können die von der ersten Austrittsfläche 5 und der mindestens einen zweiten Austrittsfläche 6, 15 ausgehenden Teile 10, 12 des Lichts 2 durch die Abschlussscheibe 17 hindurchtreten. Die Abschlussscheibe 17 oder Außenscheibe der Beleuchtungsvorrichtung entspricht zumeist der Größe und der Form der Beleuchtungsvorrichtung, wobei der vorgesehene oder mögliche Einbauort einen Einfluss auf die Größe und die Form der Abschlussscheibe hat.
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Die in den 14 bis 16 abgebildete fünfte Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung bietet die Möglichkeit, dass ein Teil 18 des von der Lichtquelle 1 ausgehenden Lichts 2 nicht in Lichtleiter 3 eingekoppelt wird, sondern an dem Lichtleiter 3 vorbei aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt, insbesondere wobei dieser Teil 18 des von der Lichtquelle 1 ausgehenden Lichts 2 ebenfalls durch die Abschlussscheibe 17 hindurchtritt. Dabei kann die Abschlussscheibe 17 in dem Bereich 19, durch den der sich an dem Lichtleiter 3 vorbeibewegende Teil 18 des Lichts 2 hindurchtritt, mit optischen Elementen oder Strukturen versehen sein, um das Hindurchtreten dieses Teils 18 des Lichts 2 zu erleichtern oder um diesen Teil 18 des Lichts 2 zu formen oder zu homogenisieren. Alternativ kann auch zwischen der Lichtquelle 1 und der Abschlussscheibe 17 eine separate Lichtscheibe mit optischen Elementen oder Strukturen vorgesehen sein.
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Die in 17 abgebildete sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung durch eine zusätzliche als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 20, deren Licht 21 von einem Reflektor 22 an dem Lichtleiter 3 vorbei aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt.
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Bei der in 18 abgebildeten siebten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind mehrere Lichtleiter 3 mit jeweils einer Eintrittsfläche 4 sowie jeweils einer ersten Austrittsfläche 5 und jeweils mindestens einer zweiten Austrittsfläche 6, 15 vorgesehen, wobei an oder in jedem der Lichtleiter 3 ein Hologramm 8 angeordnet ist. Diese Beleuchtungsvorrichtung umfasst mehrere Lichtquellen 1, deren Licht in jeweils einen der Lichtleiter 3 eingekoppelt wird. Durch die mehreren nebeneinander angeordneten Lichtleiter 3 kann für das Hologramm 8 eine größere Fläche bereitgestellt werden. Weiterhin können dadurch zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten und Integrationen ermöglicht werden.
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Bei der in 19 abgebildeten achten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist anstelle mehrerer Lichtleiter 3 lediglich ein einzelner einteiliger Lichtleiter 23 mit einer Mehrzahl von Eintrittsflächen 4 sowie einer Mehrzahl von ersten Austrittsflächen 5 und einer Mehrzahl von zweiten Austrittsflächen 6, 15 vorgesehen, wobei an oder in dem Lichtleiter 23 eine Mehrzahl von Hologramm 8 angeordnet ist. Auch diese Beleuchtungsvorrichtung umfasst mehrere Lichtquellen 1, deren Licht in jeweils eine der Eintrittsflächen 4 des Lichtleiters 23 eingekoppelt wird.
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Die in 20 abgebildete neunte Ausführungsform unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung durch einen zusätzlichen Lichtleiter 3, der senkrecht zu den übrigen nebeneinander angeordneten Lichtleitern 3 angeordnet ist. Dabei können die mehreren nebeneinander angeordneten Lichtleiter 3 sich in einer ersten Richtung erstrecken, die im in das Kraftfahrzeug eingebauten Zustand der horizontalen Richtung entspricht, so dass der Hologrammbereich sichtbar ist, wenn ein Betrachter schräg von oben auf die Beleuchtungsvorrichtung schaut. Weiterhin kann sich der senkrecht angeordnete Lichtleiter 3 in einer zweiten Richtung erstrecken, die im in das Kraftfahrzeug eingebauten Zustand der vertikalen Richtung entspricht. Durch den in der vertikalen Richtung angeordneten Lichtleiter kann zusätzlich zu der Betrachtungsmöglichkeit von oben eine seitliche Betrachtung des Hologrammbereichs ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- von der Lichtquelle ausgehendes Licht
- 3, 23
- Lichtleiter
- 4
- Eintrittsfläche des Lichtleiters
- 5
- erste Austrittsfläche des Lichtleiters
- 6, 15
- zweite Austrittsfläche des Lichtleiters
- 7
- Kollimationslinse
- 8
- Hologramm
- 9
- der ersten Austrittsfläche des Lichtleiters gegenüberliegende Fläche
- 10
- erster Teil des in den Lichtleiter eingetretenen Lichts
- 11
- in dem Hologramm gespeichertes Bild
- 12
- zweiter Teil des in den Lichtleiter eingetretenen Lichts
- 13
- Streuoptik des Lichtleiters
- 14
- von der Eintrittsfläche abgewandte Stirnseite des Lichtleiters
- 16
- Fase der Stirnseite
- 17
- Abschlussscheibe
- 18
- nicht in den Lichtleiter eingekoppelter Teil des Lichts
- 19
- Bereich der Abschlussscheibe, durch den der nicht in den Lichtleiter eingekoppelte Teil des Lichts hindurchtritt
- 20
- zusätzliche Lichtquelle
- 21
- von der zusätzlichen Lichtquelle ausgehendes Licht
- 22
- Reflektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015102243 A1 [0002]