EP2607776A2 - Lighting device for a motor vehicle with a light guide structure - Google Patents
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- F21S43/241—Light guides characterised by the shape of the light guide of complex shape
Definitions
- the present invention relates to a lighting device for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
- Such a lighting device is from the DE 10 2008 048 765 A1 , there in particular Fig. 5 and Fig. 6 , known.
- the known illumination device has a light guide structure which has a plurality of coupling-in areas and a planar light guide area.
- the latter has a first wide side and a second wide side.
- the first page is bounded by a first edge and the second page is bounded by a second edge.
- the second broad side is opposite to the first broad side equidistant.
- Narrow sides lying between the first edge and the second edge connect the first wide side to the second wide side.
- Second narrow sides are shaped as parabolic sections and thus set up from a first narrow side to direct light incident on the second narrow side of a light source onto a third narrow side which serves as a light exit surface.
- LEDs light-emitting diodes
- LEDs emitting laterally to their mounting surface are not as widely available on the market as standard LEDs which radiate parallel or antiparallel to the surface normal of their mounting surface.
- standard LEDs there are only a few choices for laterally emitting LEDs.
- they provide a lower luminous flux, which, when summed over several LEDs requires a certain luminous flux, requires more LEDs, which in turn leads to higher costs and a higher probability of failure.
- the present invention differs in that the second narrow side has a first partial surface and a second partial surface, wherein the second partial surface is staggered relative to the first partial surface toward the interior of the planar optical fiber region.
- the second narrow side has a homogenizing effect on a part of the light. These effects are achieved by the said subdivision of the second narrow side into a first subarea and a second subarea which is staggered in relation to the first parallelizing subarea toward the interior of the planar lightguide region.
- the light incident on the second narrow side is subdivided into sub-beams, which permit an individual alignment of the light bundles.
- Each sub-area generates its own light distribution, which in sum give a different light distribution than if the second sub-area were not present.
- the invention further allows to direct the light hidden from the first light bundle into a second subarea of the light distribution generated by the first subarea, which without this measure would be comparatively darker than other subareas of the first light distribution.
- the resulting light beam is coupled out via the third narrow side.
- the third narrow side then appears to the viewer with the light source switched on homogeneously, ie as a narrow band of light shining with uniformly distributed brightness. Such appearance is desired.
- a preferred embodiment is characterized in that the second narrow side is adapted to parallelize light incident on the second narrow side from the first narrow side and to direct it to the third narrow side, wherein the first partial surface is a parallelizing partial surface and wherein also the second partial surface is a parallelizing partial surface.
- the light exit surface from the interior of the light guide structure is illuminated with parallel light.
- a further preferred refinement is characterized in that the first narrow side forms a transition of a coupling region having a light entry surface and materially connected to the planar region to the planar region, which coupling region is adapted to parallelize light of a light source coupled via its light entry surface and the parallelized light on the second narrow side to direct that the first partial area (unless it is shaded by the second partial area) and the second partial area of the second narrow side is illuminated.
- the illumination of the first partial area not shaded by the second partial area and of the second partial area avoids dark areas on the light exit area which could occur if only a part of the sum of the first partial area and the second partial area were illuminated. It is also preferred that exactly the first partial area, insofar as it is not shaded by the second partial area, and the second partial area of the second narrow side be illuminated.
- the light coupled in via the coupling-in region is thus used completely for the illumination of the two partial surfaces mentioned.
- all coupled light is ultimately directed to the light exit surface, thus optimizing the efficiency that can be defined as the ratio of coupled light to coupled light.
- the width of the second partial area decreases with increasing distance from the first narrow side.
- the second partial surface has a trapezoidal or triangular contour.
- the second partial surface is arranged closer to the first narrow side than to the third narrow side.
- the second narrow side is divided into more than two partial surfaces.
- a further preferred embodiment is characterized in that a part of the surface located further in the interior has a smaller focal length than a part of the surface lying further outside.
- the second narrow side has a parabolic shape. This means that the edges with which the second narrow side meets the first side and the second side are parabolas.
- the second narrow side comprises a series of adjacent surface segments, wherein edges with which the surface segments abut the first broad side and the second broad side have a parabola as an envelope.
- optical waveguide structure has a plurality of surface-connected optical waveguide regions and coupling regions, the coupling-in regions being curved so that their light entry surfaces lie in one plane.
- the optical waveguide structure has an area which serves to produce a luminous light exit surface and which is a cohesive component of the optical waveguide structure and that in the optical path lies behind the parallelizing partial surfaces of the second narrow side.
- the third narrow side is divided into stepwise offset partial surfaces.
- a curvature of a light exit surface can be reproduced with discrete steps without triggering an undesirable occurrence of internal total reflections. Internal total reflections are known to occur when the angle of incidence of the light on the curved light exit surface due to their curvature exceeds the critical angle of total reflection.
- step-like offset partial surfaces are arranged, as it were, offset stepwise in the direction of a surface normal of the broad sides.
- a curvature can also be generated in a further spatial direction, so that the possibility arises of providing luminous light exit surfaces which appear three-dimensionally curved.
- the wide sides are flat parallel surfaces.
- a plate-shaped optical waveguide structure is provided which is suitable in particular for stacking.
- An alternative embodiment is characterized in that the broad sides are surfaces which are curved in space. This is advantageous for achieving three-dimensionally curved light exit surfaces in space. Further advantages will become apparent from subclaims, the description and the accompanying figures.
- FIG. 1 an illumination device 1 for a motor vehicle with a light guide structure 12.
- the light guide structure 12 is arranged in a housing 2 of the illumination device.
- the housing 2 has a light exit opening, which is covered by a transparent cover.
- the light guide structure 12 has a coupling-in region 14 and at least one planar light guide region 16.
- the planar light guide region 16 has a first broad side 18, which is bounded by a first edge 18.1.
- the planar light guide region 16 has a second broad side which lies equidistantly opposite the first broad side and which is delimited by a second edge 20.1.
- the second broad side is obscured by the volume of the planar light guide region 16.
- Narrow sides lie between the first edge 18.1 and the second edge 20.1 and connect the first wide side 18 to the second wide side.
- a first narrow side, of which in the Fig. 1 only one edge 22.1 is shown delimits the planar light guide region 16 against the coupling region 14.
- a second narrow side 24 is configured to parallelize light incident on a second narrow side 24 from a first narrow side and to direct it to a third narrow side 26.
- the third narrow Page 26 illustrates a light exit surface of the light guide structure 12.
- the second narrow side 24 has a first parallelizing partial surface 28 and a second parallelizing partial surface 30.
- the second parallelizing partial surface 30 is staggered relative to the first parallelizing partial surface 28 in the direction of the interior of the planar optical fiber region 16.
- the first partial area is bounded by the first edge 18.1 and the second edge 20.1
- the second partial area is delimited by the second edge 20.1, but not by the first edge 18.1.
- the coupling region 14 has a first end facing away from the planar light guide region and a second end facing the planar light guide region.
- a light source 32 is arranged at the first end such that the light emitted by it is coupled into the end of the coupling region 14 facing away from the planar light guide region 16.
- the light source 32 is preferably a semiconductor light source, in particular a single light-emitting diode or laser diode, or a spatial combination of a plurality of such diodes.
- light-emitting diodes are usually used, which have a quadrangular, planar light exit surface with an edge length of 0.3 mm to about 2mm. The arrangement is such that the distance between the light exit surface of the semiconductor light source and the light entry surface of the coupling region is less than 1 mm.
- the lighting should be as efficient as possible, ie with the highest possible proportion of the coupled-in light.
- the x direction becomes a direction of a depth of the sheet light guide section
- the y direction a direction of a width of the sheet light guide section and the light exit surface and defines the z-direction as the thickness of the planar light guide region and the height of the light exit surface.
- the luminous area in the embodiment shown in FIG Fig. 1 is shown, a rectangle of the height delta z and the width delta y.
- the x - y plane is considered as a horizontal plane and the x - z plane as a vertical plane. It is understood, however, that this consideration refers only to the explanation of the illustrated embodiments and thus defined in some way an entrained coordinate system. This is not intended to limit the possible orientations of the illumination device in a vehicle or even the possible orientations of light guide structures 12 within a lighting device 1. As far as horizontal angles are concerned in the following, these should lie in the x - y plane, while vertical angles should lie in the x - z plane.
- the indication of these directions in the various figures therefore establishes a relationship between the orientations of the objects represented in each case.
- the light source 32 is located at the origin of the illustrated coordinate system.
- a main propagation direction of the light runs in the planar light guide region 16 from the first narrow side 22, which serves as the light entry surface of the planar light guide region 16, to the third narrow side 26, which serves as light exit surface.
- the first partial surface 28 and the second partial surface 30 are arranged such that the second partial surface 30 is arranged staggered in a stepwise manner relative to the first partial surface 28 in a cross-section lying transversely to the main propagation direction of the light in the planar light-guide region.
- a thickness of the planar light guide region 16 measured in the z direction is reduced in a transition region 29 lying between the first partial region 28 and the second partial region 30 in relation to the distance d present outside this transition region.
- the second partial surface 30 extends over the entire length of the second narrow side 24 lying between the first narrow side 22 and the third narrow side 26.
- the first partial surface 28 adjoins the first narrow side 22 and extends from there over only one Part of the length of the second narrow side 24 between the first narrow side 22 and the third narrow side 26.
- the length of the third narrow side 26 serving as the light exit surface is greater in the y-direction than its fourfold width in the z-direction, in particular greater than its sixfold width and particularly preferably greater than eightfold its width.
- a light source be it a single semiconductor light source or a spatially combined array of multiple semiconductor light sources. If several spatially separate light sources are used, a light guide volume is assigned to each light source, such an arrangement being considered as a unit cell.
- the depth of the planar light guide region is preferably a multiple, in particular at least four times its thickness, which justifies the designation as a planar light guide.
- Modern automotive lighting devices provide signal light distribution and / or headlight distribution.
- a signal light distribution is used to indicate the presence of a motor vehicle and / or the intentions of his driver to other road users.
- Headlight light distributions should illuminate objects in the travel path of the motor vehicle and thus make them perceptible to the driver.
- the generation of a light distribution is also called a light function.
- a lighting device fulfills a plurality of light functions with the aid of one or more light modules, which are arranged in such a lighting device.
- the invention presented here preferably fulfills signal light functions, in particular a daytime running light function, a flashing light function, a position light function, a taillight function or a brake light function.
- signal light functions in particular a daytime running light function, a flashing light function, a position light function, a taillight function or a brake light function.
- lighting devices 1 according to the invention in addition to a by the invention fulfilled light function fulfill other lighting functions, for which they may have other light modules. Therefore, embodiments of lighting devices according to the invention can be, in particular, separate front lights for flashing or daytime running light lighting functions, or they can be front lights or rear lights that fulfill a plurality of light functions.
- optical waveguide structures 12 of lighting devices Details of elements and / or configurations of optical waveguide structures 12 of lighting devices according to the invention are explained below.
- the optical waveguide structure is first based on a planar design, as they are also in the Fig. 1 is illustrated explained. Below also three-dimensionally curved configurations are presented.
- an elementary cell of an optical waveguide structure 12 of an embodiment of a lighting device according to the invention is composed of the coupling region 14, the planar optical waveguide region 16 and optionally a further region which serves to produce a predetermined contour of the light exit surface and which will be discussed in more detail below.
- the FIG. 2 shows in its part a) an oblique view and in its part b) a plan view of the coupling region 14.
- the coupling region 14 has a first region 14.1 and a Transition area 14.2 on.
- the cross-section of the coupling-in region 14 widens continuously, starting from the light entry surface until the beginning of the transitional section 14. 2. In this case, the widening in the xy plane may not be identical to widening in the z direction.
- a parallelization is understood to mean a narrowing of the opening angle of the light cone, which, however, does not yet merge into bundling with a focusing effect, that is to say the light propagating in parallel at maximum bundle constriction has the result.
- the light continues to move only between the surfaces perpendicular to the z-direction, except for special cases to be described below. It thus moves between the first surface 18 of the Fig. 1 , which is also referred to below as a lid, and the opposite surface of the lid, which is also referred to below as the bottom.
- the coupling-in region 12 is just designed such that it generates a predetermined angular distribution in the vertical direction.
- the coupling-in region 14 has a curved shape.
- a bent Einkoppellichtleiter has only two flat surfaces.
- the coupling-in section has a rectangular cross-section and that this cross-section grows between the coupling-in surface and the transitional region in the form of the first narrow side 22 of the planar section 16 of the optical waveguide structure with a quadratic dependence on the length of the coupling-in region.
- the coupling-in area is set up in such a way that it parallelizes the light of the light source 32 so far that the parallelized light beam that passes from the coupling region 12 into the planar light guide region 16 illuminates the entire angle-changing surface of the planar light guide region 16.
- the light beam should not illuminate more than this area in order to avoid otherwise occurring loss of efficiency. But it should illuminate not less than this area, otherwise dark areas on the serving as a light exit side third narrow side 26 may occur.
- FIG. 3 shows the coupling region 12 and the planar light guide region 16 together with exemplarily selected rays of a light bundle 36, which illuminates exactly the second narrow side 24 of the planar Lichtleiterbreichs 16 serving as angle-changing surface of the planar Lichtleiterbreichs 16 in this sense.
- the coupling-in region 12 is cohesively connected to the planar light-conducting region 16, so that the first narrow side 22 of the planar light-guide region coincides with the end surface 34 of the coupling-in region 12.
- the optical waveguide structure preferably consists of a conventional optical waveguide material such as polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA) or another crystal-clear material such as glass or silicone.
- the Fig. 3 shows in particular an embodiment in which the first narrow side 22 of the planar light guide region 16 forms a transition of a coupling surface 14 having a light entry surface and cohesively connected to the planar light guide region 16 to the planar light guide region, which coupling region 14 is adapted to coupled via its light entrance surface Parallelize light of a light source 32 and direct the parallelized light on the second narrow side 24 of the planar light guide region that the angle-changing surface of the planar light guide region, ie in particular the first partial surface 28 and the second partial surface 30 of the second narrow side 24 of the planar light guide region 16 illuminated becomes.
- the angle-changing side 24 opposite fourth narrow side 40 of the planar light guide region 26 has no optical function in the embodiments presented here. Analogous to this area is also the portion 35, between the coupling region 14 and the second narrow side 24 without optical function.
- FIG. 4 shows in its part a) an oblique view and in its part b) a plan view of a planar light guide region 16, in which the angle-changing second narrow side 24 is not yet divided into a first and second partial surface.
- the angle-changing surface is obtained in a preferred embodiment by extruding a lying in the x-y plane parabola in the z direction.
- the Fig. 5 shows a plan view of a planar light guide region 16, the angle-changing surface 24 is not yet divided into a first and second partial surface, together with a resulting distribution of the brightness H of the third narrow side 26 exiting light across the width delta y of the third narrow side 26th
- the distribution is shown very schematically.
- the angle-changing surface here has a parabolic shape. It is essential that a fourth portion of the light exit surface 26 closer to the angle-changing side 24 is significantly brighter than the average of the other portions, while an eighth portion farther from the angle-changing side 24 appears significantly less bright than the average of the other portions. Overall, the brightness distribution thus has a pronounced and disturbing inhomogeneity.
- FIG. 6 again shows a plan view of a planar light guide region 16. This differs from the planar light guide region of the Fig. 5 in that the second narrow side has a first parallelizing partial surface 28 and a second parallel partial surface 30, wherein the second parallelizing partial surface 30 is staggered relative to the first parallelizing partial surface 28 toward the interior of the planar optical fiber region 16.
- both partial surfaces 28, 30 are parabolic, with the two parabolas having the same focal point and the same direction. It is also preferred that the parabola of the stepped inwardly offset partial surface 30 has a smaller focal length compared to the focal length of the outer partial surface 28.
- a beam 42 whose vertical angle distribution corresponds to that at the end of the coupling-in area becomes a portion 42b on the second partial surface 30 is reflected, the remainder 42a is reflected on the first partial surface 28.
- a splitting into two bundles 42a and 42b results, which leave the planar light guide region 16 at two different y-locations.
- FIG. 7 shows a section through the subject of Fig. 6 along the line VII-VII.
- the flat optical waveguide region 16 shown there has a thickness d in the z-direction.
- the first partial surface 28 has a thickness or width a
- the second partial surface 30 has a thickness or width b.
- FIG. 8 Another consequence of the reduction of the layer thickness in the light path behind the classified second sub-area 42b is in FIG. 8 shown.
- the overall result is a very effective method for homogeneously illuminating the exit surface over the entire width delta y.
- Fig. 9 illustrates the effect of the division of the angle-changing surface on the two stepwise offset partial surfaces. How actually already that Fig. 6 shows, a sub-beam 42b of the light beam 42, which would be without a subdivision of the angle-changing surface 24 in the beam path of the sub-beam 42a, inwardly offset. This means that a luminous flux is shifted to the right against the y-direction. In comparison with the FIG. 5 this is reflected in the Fig. 9 in that the intensity distribution in the object of Fig. 9 is more homogeneous than at the subject of Fig. 5 , The excess luminous flux from the middle area in Fig. 5 has been moved into the too dimly lit right area.
- the Fig. 10 shows a further embodiment of a light guide structure 12 of a lighting device according to the invention in an oblique view.
- the Fig. 11 shows the subject of the Fig. 10 in a top view.
- the optical waveguide structure 12 according to 10 and 11 has a contour generating region 44, which serves to generate a luminous light exit surface, preferably a cohesive component of the light guide structure 12, and which lies in the light path behind the parallelizing partial surfaces 28, 30 of the second narrow side 24.
- the third narrow side 26 is divided in this embodiment in stepwise offset faces.
- a curved light exit surface can be reproduced with discrete steps, without triggering an undesired occurrence of total internal reflections, as occurs on actually curved surfaces, when the angle of incidence of the light on the curved light exit surface exceeds the critical angle of total reflection due to its curvature.
- the light exit surfaces of the individual stages are configured in a preferred embodiment as light in predetermined directions refractive surfaces, for example as cylindrical surfaces.
- the Fig. 10 shows an embodiment in which the second partial surface 30 has a constant width in the z-direction over its entire length.
- the Fig. 12 shows a preferred embodiment, in which the width of the second partial area decreases with increasing distance from the first narrow side.
- the second partial surface has a trapezoidal or triangular contour.
- the second partial surface is arranged closer to the first narrow side than to the third narrow side, or, which is the same, that the second partial surface 30 is arranged closer to the coupling region 14 than to the light exit surface 26.
- FIG. 14 shows how a plurality of, here five, preferably cohesively coherent light guide structures 12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, a headlamp light function can be realized.
- the areas for coupling light and parallelizing the light are each identical in this example, only the contour generating areas vary in length (parallel to x).
- the contour is formed by steps whose steps are parallel and perpendicular to x.
- the steps of the steps lying perpendicular to the x-direction are curved, in this case convex, in order to break the light incident parallel to the x-direction from the light guide interior into a desired light distribution.
- the in the FIG. 13 arrangement shown still has the disadvantage that the light sources can not be arranged on a flat board.
- Level boards are above all cheaper than flexible boards, so that a use of planar and rigid boards is advantageous.
- FIG. 14 1 shows an embodiment in which the example of the first coupling-in region 14.1 shows how the connection to a planar printed circuit board or to a standard LED mounted on a planar printed circuit board can be realized as a light source 32 by means of a corresponding curvature thereof.
- a standard LED is characterized in that its light-emitting surface is opposite to its mounting surface, with which it is fastened to a circuit board 46.
- this curvature of the coupling-in region 14.1 can also be extended to the planar light guide region 16 and / or the contour generating region 44. Up to this point, it has merely been shown how a plane luminous curve can be generated with the aid of the contour generation area 44.
- FIG. 15 shows a first way to get from a flat curve to a three-dimensional curved luminous curve.
- the contour generating area 46 is divided into individual bars, which are subsequently curved in such a way that the light exit area 26 also follows the desired curve in the z direction.
- the restriction of the curvature to the contour generating area 46 was made in the Fig. 15 just for the sake of simplicity.
- those regions of the planar light guide region 16 in which exclusively already parallelized light propagates can also be deformed in this way.
- FIG. 16 A second way to produce a three-dimensionally curved luminous curve is in the three views of a three-dimensionally curved contour generating area 46 of FIG FIG. 16 shown.
- Fig. 16 a) shows an oblique view
- Fig. 16b shows a view from the direction of the coupling region
- Fig. 16c shows a plan view of such contour generating area.
- contour generating area 46 instead of dividing the area into bars, as in the subject matter of FIGS FIG. 15 is the case, and then bend the bars in the design of the light guide structure according to the contour to be achieved, is the subject of the Fig. 16 the entire surface of the contour generating portion 46 is curved.
- FIG. 17 shows a possibility of stacking a plurality of optical waveguide structures 12 in order to obtain complex light exit surfaces of individual optical waveguide structures 12 serving as elementary cells.
- the individual optical waveguide structures 12 are at an angle in the space, which can be achieved, for example, by tilting the left upper end of the in FIG. 18
- the tilted light exit surface scattering elements for example, cylinder
- FIG. 18 shows a possibility that allows a further improvement of the uniformly bright appearance of the luminous and optionally three-dimensionally curved light exit surface.
- the angle-changing second narrow side is not realized as a real parabola, but such a parabola is approximated by straight line sections or by plane surface segments.
- FIG. 18 a) shows once again an embodiment of a planar light guide region 16, which is limited by a real parabola 52.
- One from the Bundle 48 entering bundle region 48 is parallelized on the parabola and illuminates exactly one refractive exit element 50
- FIG. 18 b) the same bundle 48 strikes a flat area segment 54 drawn for illustrative purposes with thick line width.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a lighting device for a motor vehicle according to the preamble of
Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist aus der
In Bezug auf die Lichtaustrittsfläche dieser Lichtleiterstruktur ergibt sich die Eigenschaft, dass nur solche Krümmungen realisiert werden können, die der Randkurve einer entsprechend geschnittenen ebenen Platine entsprechen, auf der seitlich abstrahlende Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquellen angeordnet sind. Seitlich zu ihrer Montagefläche abstrahlende LEDs sind auf dem Markt nicht so breit verfügbar wie Standard-LEDs, die parallel, bzw. antiparallel zur Flächennormalen ihrer Montagefläche abstrahlen. Im Vergleich zu den Standard-LEDs gibt es bei seitlich abstrahlenden LEDs nur eine geringere Auswahl. Darüber hinaus liefern sie einen geringeren Lichtstrom, was, wenn man in der Summe über mehrere LEDs einen bestimmten Lichtstrom fordert, mehr LEDs erfordert, was wiederum zu höheren Kosten und einer höheren Ausfallwahrscheinlichkeit führt.With respect to the light exit surface of this optical waveguide structure, there is the property that only such curvatures can be realized that correspond to the edge curve of a correspondingly cut planar board on which laterally emitting light-emitting diodes (LEDs) are arranged as light sources. LEDs emitting laterally to their mounting surface are not as widely available on the market as standard LEDs which radiate parallel or antiparallel to the surface normal of their mounting surface. Compared to the standard LEDs, there are only a few choices for laterally emitting LEDs. In addition, they provide a lower luminous flux, which, when summed over several LEDs requires a certain luminous flux, requires more LEDs, which in turn leads to higher costs and a higher probability of failure.
Aus den
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art, das diese Nachteile nicht oder allenfalls in einer verminderten Form aufweist.Against this background, the object of the invention in the specification of a lighting device of the type mentioned, which does not have these disadvantages or at best in a reduced form.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Von dem eingangs genannten Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass die zweite schmale Seite eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche aufweist, wobei die zweite Teilfläche gegenüber der ersten Teilfläche stufenförmig in Richtung zum Inneren des flächigen Lichtleiterbereiches versetzt angeordnet ist.This object is achieved with the features of
Die zweite schmale Seite wirkt homogenisierend auf einen Teil des Lichts. Diese Wirkungen werden durch die genannte Unterteilung der zweiten Schmalseite in eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche, die gegenüber der ersten parallelisieren Teilfläche stufenförmig in Richtung zum Inneren des flächigen Lichtleiterbereiches versetzt angeordnet ist, erreicht.The second narrow side has a homogenizing effect on a part of the light. These effects are achieved by the said subdivision of the second narrow side into a first subarea and a second subarea which is staggered in relation to the first parallelizing subarea toward the interior of the planar lightguide region.
Durch die genannte Unterteilung der zweiten Schmalseite wird das auf die zweite Schmalseite auftreffende Licht in Teilbündel zerlegt, die durch eine individuelle Ausrichtung der Lichtbündel erlauben. Jede Teilfläche erzeugt dabei eine eigene Lichtverteilung, die in der Summe eine andere Lichtverteilung ergeben als wenn die zweite Teilfläche nicht vorhanden wäre. Dies erlaubt es insbesondere, durch die zweite Teilfläche Licht aus dem von der ersten Teilfläche reflektierten Lichtbündel auszublenden. Es ist insbesondere möglich, einen Teil des Lichts dieses Lichtbündels auszublenden, der ohne diese Maßnahme einen schon ausreichend hellen ersten Teilbereich der von der ersten Teilfläche erzeugten Lichtverteilung noch heller beleuchten würde. Darüber hinaus erlaubt es die Erfindung ferner, das aus dem ersten Lichtbündel ausgeblendete Licht in einen zweiten Teilbereich der von der ersten Teilfläche erzeugten Lichtverteilung zu richten, der ohne diese Maßnahme vergleichsweise dunkler wäre als andere Teilbereiche der ersten Lichtverteilung.As a result of the subdivision of the second narrow side, the light incident on the second narrow side is subdivided into sub-beams, which permit an individual alignment of the light bundles. Each sub-area generates its own light distribution, which in sum give a different light distribution than if the second sub-area were not present. This makes it possible, in particular, to block light from the light bundle reflected by the first subarea through the second subarea. In particular, it is possible to block out a part of the light of this light bundle, which, without this measure, makes an already sufficiently bright first subregion of the light distribution generated by the first subarea even brighter would illuminate. Moreover, the invention further allows to direct the light hidden from the first light bundle into a second subarea of the light distribution generated by the first subarea, which without this measure would be comparatively darker than other subareas of the first light distribution.
Dadurch wird die Homogenität des insgesamt resultierenden Lichtbündels erheblich verbessert. Das resultierende Lichtbündel wird über die dritte schmale Seite ausgekoppelt. Die dritte schmale Seite erscheint dem Betrachter bei eingeschalteter Lichtquelle dann homogen, also als mit gleichmäßig verteilter Helligkeit leuchtendes schmales Lichtband. Ein solches Erscheinungsbild wird angestrebt.As a result, the homogeneity of the overall resulting light beam is significantly improved. The resulting light beam is coupled out via the third narrow side. The third narrow side then appears to the viewer with the light source switched on homogeneously, ie as a narrow band of light shining with uniformly distributed brightness. Such appearance is desired.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite schmale Seite dazu eingerichtet ist, von der ersten schmalen Seite her auf die zweite schmale Seite einfallendes Licht zu parallelisieren und auf die dritte schmale Seite zu richten, wobei die erste Teilfläche eine parallelisierende Teilfläche ist und wobei auch die zweite Teilfläche eine parallelisierende Teilfläche ist.A preferred embodiment is characterized in that the second narrow side is adapted to parallelize light incident on the second narrow side from the first narrow side and to direct it to the third narrow side, wherein the first partial surface is a parallelizing partial surface and wherein also the second partial surface is a parallelizing partial surface.
Dadurch wird die Lichtaustrittsfläche aus dem Inneren der Lichtleiterstruktur mit parallelem Licht beleuchtet.As a result, the light exit surface from the interior of the light guide structure is illuminated with parallel light.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste schmale Seite einen Übergang eines eine Lichteintrittsfläche aufweisenden und stoffschlüssig mit dem flächigen Bereich zusammenhängenden Einkoppelbereichs zu dem flächigen Bereich bildet, welcher Einkoppelbereich dazu eingerichtet ist, über seine Lichteintrittsfläche eingekoppeltes Licht einer Lichtquelle zu parallelisieren und das parallelisierte Licht so auf die zweite Schmalseite zu richten, dass die erste Teilfläche (soweit sie nicht durch die zweite Teilfläche abgeschattet wird) und die zweite Teilfläche der zweiten Schmalseite beleuchtet wird.A further preferred refinement is characterized in that the first narrow side forms a transition of a coupling region having a light entry surface and materially connected to the planar region to the planar region, which coupling region is adapted to parallelize light of a light source coupled via its light entry surface and the parallelized light on the second narrow side to direct that the first partial area (unless it is shaded by the second partial area) and the second partial area of the second narrow side is illuminated.
Durch die Beleuchtung der nicht durch die zweite Teilfläche abgeschatteten ersten Teilfläche und der zweiten Teilfläche werden dunkle Bereiche auf der Lichtaustrittsfläche vermieden, die dann auftreten könnten, wenn nur ein Teil der Summe aus der ersten Teilfläche und der zweiten Teilfläche beleuchtet werden würde. Bevorzugt ist auch, dass genau die erste Teilfläche, soweit sie nicht durch die zweite Teilfläche abgeschattet wird, und die zweite Teilfläche der zweiten Schmalseite beleuchtet wird.The illumination of the first partial area not shaded by the second partial area and of the second partial area avoids dark areas on the light exit area which could occur if only a part of the sum of the first partial area and the second partial area were illuminated. It is also preferred that exactly the first partial area, insofar as it is not shaded by the second partial area, and the second partial area of the second narrow side be illuminated.
Das über den Einkoppelbereich eingekoppelte Licht wird also vollständig für die Beleuchtung der genannten beiden Teilflächen verwendet. Dadurch wird alles eingekoppelte Licht letztlich auf die Lichtaustrittsfläche gerichtet, so dass die Effizienz optimiert wird, die man als Verhältnis von ausgekoppeltem Licht zu eingekoppeltem Licht definieren kann.The light coupled in via the coupling-in region is thus used completely for the illumination of the two partial surfaces mentioned. As a result, all coupled light is ultimately directed to the light exit surface, thus optimizing the efficiency that can be defined as the ratio of coupled light to coupled light.
Bevorzugt ist auch, dass sich die Breite der zweiten Teilfläche mit zunehmendem Abstand von der ersten Schmalseite verringert.It is also preferable that the width of the second partial area decreases with increasing distance from the first narrow side.
Dies bietet eine weitere Möglichkeit zur Homogenisierung der Helligkeitsverteilung. Durch die mit zunehmendem Abstand von der ersten Schmalseite abnehmende Breite der zweiten Teilfläche ergibt sich gewissermaßen unterhalb der zweiten Teilfläche ein sich aufweitender Lichtleiterquerschnitt, der für eine erwünschte weitere Parallelisierung sorgt.
Ferner ist bevorzugt, dass die zweite Teilfläche eine trapezförmige oder dreieckige Kontur aufweist.This offers another possibility for homogenizing the brightness distribution. Due to the decreasing with increasing distance from the first narrow side width of the second partial surface results in a sense below the second partial surface an expanding light guide cross-section, which ensures a desired further parallelization.
It is further preferred that the second partial surface has a trapezoidal or triangular contour.
Bevorzugt ist auch, dass die zweite Teilfläche näher an der ersten Schmalseite als an der dritten Schmalseite angeordnet ist.It is also preferable that the second partial surface is arranged closer to the first narrow side than to the third narrow side.
Ferner ist bevorzugt, dass die zweite Schmalseite in mehr als zwei Teilflächen aufgeteilt ist.It is further preferred that the second narrow side is divided into more than two partial surfaces.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine weiter innen liegende Teilfläche eine kleinere Brennweite besitzt als eine weiter außen liegende Teilfläche.A further preferred embodiment is characterized in that a part of the surface located further in the interior has a smaller focal length than a part of the surface lying further outside.
Bevorzugt ist auch, dass die zweite Schmalseite eine Parabelform aufweist. Das bedeutet, dass die Kanten, mit denen die die zweite Schmalseite an die erste Seite und an die zweite Seite stößt, Parabeln sind.It is also preferable that the second narrow side has a parabolic shape. This means that the edges with which the second narrow side meets the first side and the second side are parabolas.
Ferner ist bevorzugt, dass die zweite Schmalseite eine Reihe von aneinander angrenzenden Flächensegmenten aufweist, wobei Kanten, mit der die Flächensegmente an die erste breite Seite und an die zweite breite Seite anstoßen, eine Parabel als Einhüllende aufweisen.It is further preferred that the second narrow side comprises a series of adjacent surface segments, wherein edges with which the surface segments abut the first broad side and the second broad side have a parabola as an envelope.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtleiterstruktur mehrere stoffschlüssig miteinander zusammenhängende flächige Lichtleiterbereiche und Einkoppelbereiche aufweist, wobei die Einkoppelbereiche so gekrümmt verlaufen, dass ihre Lichteintrittsflächen in einer Ebene liegen.A further preferred refinement is characterized in that the optical waveguide structure has a plurality of surface-connected optical waveguide regions and coupling regions, the coupling-in regions being curved so that their light entry surfaces lie in one plane.
Ferner ist bevorzugt, dass die Lichtleiterstruktur einen der Erzeugung einer leuchtenden Lichtaustrittsfläche dienenden Bereich aufweist, der ein stoffschlüssiger Bestandteil der Lichtleiterstruktur ist und der im Lichtweg hinter den parallelisierenden Teilflächen der zweiten schmalen Seite liegt.Furthermore, it is preferred that the optical waveguide structure has an area which serves to produce a luminous light exit surface and which is a cohesive component of the optical waveguide structure and that in the optical path lies behind the parallelizing partial surfaces of the second narrow side.
Ferner ist bevorzugt, dass die dritte schmale Seite in stufenartig versetzte Teilflächen aufgeteilt ist. Dadurch kann eine Krümmung einer Lichtaustrittsfläche mit diskreten Stufen nachgebildet werden, ohne dass ein unerwünschtes Auftreten interner Totalreflexionen ausgelöst wird. Interne Totalreflexionen treten bekanntlich dann auf, wenn der Einfallswinkel des Lichtes auf die gekrümmte Lichtaustrittsfläche aufgrund von deren Krümmung den Grenzwinkel der Totalreflexion überschreitet.Furthermore, it is preferred that the third narrow side is divided into stepwise offset partial surfaces. As a result, a curvature of a light exit surface can be reproduced with discrete steps without triggering an undesirable occurrence of internal total reflections. Internal total reflections are known to occur when the angle of incidence of the light on the curved light exit surface due to their curvature exceeds the critical angle of total reflection.
Bevorzugt ist auch, dass die stufenartig versetzten Teilflächen sozusagen auch in Richtung einer Flächennormalen der breiten Seiten zueinander stufenartig versetzt angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung kann auch eine Krümmung in einer weiteren Raumrichtung erzeugt werden, so dass sich die Möglichkeit ergibt, dreidimensional gekrümmt erscheinende leuchtende Lichtaustrittsflächen bereit zu stellen.It is also preferred that the step-like offset partial surfaces are arranged, as it were, offset stepwise in the direction of a surface normal of the broad sides. By means of this configuration, a curvature can also be generated in a further spatial direction, so that the possibility arises of providing luminous light exit surfaces which appear three-dimensionally curved.
Ferner ist bevorzugt, dass die breiten Seiten ebene parallele Flächen sind. Dadurch wird eine plattenförmige Lichtleiterstruktur bereit gestellt, die sich insbesondere zum Stapeln eignet. Eine dazu alternative Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die breiten Seiten Flächen sind, die im Raum gekrümmt verlaufen. Dies ist zur Erzielung von dreidimensional im Raum gekrümmten Lichtaustrittsflächen vorteilhaft.
Weitere Vorteile ergeben sich aus Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further, it is preferable that the wide sides are flat parallel surfaces. As a result, a plate-shaped optical waveguide structure is provided which is suitable in particular for stacking. An alternative embodiment is characterized in that the broad sides are surfaces which are curved in space. This is advantageous for achieving three-dimensionally curved light exit surfaces in space.
Further advantages will become apparent from subclaims, the description and the accompanying figures.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the each combination specified, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- Fig. 1
- ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
- Fig. 2
- verschiedene Ansichten eines Einkoppelbereichs einer Lichtleiterstruktur aus der
Fig. 1 ; - Fig. 3
- einen Einkoppelbereich und einen flächigen Lichtleiterbereich zusammen mit exemplarisch herausgegriffenen Strahlen eines Lichtbündels;
- Fig. 4
- verschiedene Ansichten eines flächigen Lichtleiterbereichs, dessen winkelverändernde zweite schmale Seite noch nicht in eine erste und zweite Teilfläche aufgeteilt ist;
- Fig. 5
- eine Draufsicht auf einen solchen flächigen Lichtleiterbereich zusammen mit einer resultierenden Helligkeitsverteilung;
- Fig. 6
- eine Draufsicht auf einen flächigen Lichtleiterbereich, dessen zweite schmale Seite in zwei Teilflächen unterteilt ist;
- Fig. 7
- einen Schnitt durch den Gegenstand der
Fig. 6 ; - Fig. 8
- eine Draufsicht auf einen gestuft unterteilten flächigen Lichtleiterbereich zur Veranschaulichung einer Abschattungswirkung;
- Fig. 9
- eine Draufsicht auf einen solchen flächigen Lichtleiterbereich zusammen mit einer resultierenden Helligkeitsverteilung;
- Fig. 10
- eine weitere Ausgestaltung einer Lichtleiterstruktur einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einer Schrägansicht;
- Fig. 11
- den Gegenstand der
Fig. 10 in einer Draufsicht; - Fig. 12
- eine bevorzugte Ausgestaltung, bei sich die Breite der zweiten Teilfläche mit zunehmendem Abstand von der ersten Schmalseite verringert;
- Fig. 13
- einen Verbund aus mehreren stoffschlüssig zusammenhängenden Lichtleiterstrukturen;
- Fig. 14
- eine Ausgestaltung, die sich zur Verwendung in Verbindung mit einer ebenen Platine eignet;
- Fig. 15
- eine erste Möglichkeit, eine dreidimensional gekrümmte leuchtende Kurve zur erzeugen;
- Fig. 16
- eine zweite Möglichkeit, eine dreidimensional gekrümmte leuchtende Kurve zu erzeugen;
- Fig. 17
- eine Möglichkeit, mehrere Lichtleiterstrukturen zu stapeln um komplexe Lichtaustrittsflächen aus einzelnen Lichtleiterstrukturen zu erhalten; und
- Fig. 18
- eine Ausgestaltung, bei der die winkelverändernde Fläche durch ebene Flächensegmente verwirklicht wird.
- Fig. 1
- an embodiment of a lighting device according to the invention for a motor vehicle;
- Fig. 2
- different views of a coupling region of a light guide structure of the
Fig. 1 ; - Fig. 3
- a coupling-in area and a planar light guide area together with exemplarily selected rays of a light bundle;
- Fig. 4
- different views of a planar light guide region, the angle-changing second narrow side is not yet divided into a first and second partial surface;
- Fig. 5
- a plan view of such a planar light guide area together with a resulting brightness distribution;
- Fig. 6
- a plan view of a planar light guide region, the second narrow side is divided into two sub-areas;
- Fig. 7
- a section through the object of
Fig. 6 ; - Fig. 8
- a plan view of a stepped divided planar light guide region to illustrate a shading effect;
- Fig. 9
- a plan view of such a planar light guide area together with a resulting brightness distribution;
- Fig. 10
- a further embodiment of a light guide structure of a lighting device according to the invention in an oblique view;
- Fig. 11
- the object of
Fig. 10 in a plan view; - Fig. 12
- a preferred embodiment, in which the width of the second partial area decreases with increasing distance from the first narrow side;
- Fig. 13
- a composite of several cohesively connected fiber optic structures;
- Fig. 14
- an embodiment suitable for use in conjunction with a planar board;
- Fig. 15
- a first possibility to generate a three-dimensionally curved luminous curve;
- Fig. 16
- a second way to create a three-dimensionally curved luminous curve;
- Fig. 17
- a possibility of stacking several optical waveguide structures in order to obtain complex light exit surfaces from individual optical waveguide structures; and
- Fig. 18
- an embodiment in which the angle-changing surface is realized by planar surface segments.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach gleiche Elemente.In this case, the same reference numerals in the various figures denote the same or at least functionally identical elements.
Im Einzelnen zeigt die
Die Lichtleiterstruktur 12 weist einen Einkoppelbereich 14 und wenigstens einen flächigen Lichtleiterbereich 16 auf. Der flächige Lichtleiterbereich 16 weist eine erste breite Seite 18 auf, die von einem ersten Rand 18.1 begrenzt wird. Darüber hinaus weist der flächige Lichtleiterbereich 16 eine zweite breite Seite auf, die der ersten breiten Seite äquidistant gegenüber liegt und die von einem zweiten Rand 20.1 begrenzt wird. In der
Eine erste schmale Seite, von der in der
A first narrow side, of which in the
Eine zweite schmale Seite 24 ist dazu eingerichtet, von einer ersten schmalen Seite her auf die zweite schmale Seite 24 einfallendes Licht zu parallelisieren und auf eine dritte schmale Seite 26 zu richten. Die dritte schmale Seite 26 stellt eine Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterstruktur 12 dar.A second
Die zweite schmale Seite 24 weist eine erste parallelisierende Teilfläche 28 und eine zweite parallelisierende Teilfläche 30 auf. Die zweite parallelisierende Teilfläche 30 ist gegenüber der ersten parallelisierenden Teilfläche 28 stufenförmig in Richtung zum Inneren des flächigen Lichtleiterbereiches 16 versetzt angeordnet. Dabei wird die erste Teilfläche von dem ersten Rand 18.1 und dem zweiten Rand 20.1 begrenzt, und die zweite Teilfläche wird von dem zweiten Rand 20.1, nicht aber von dem ersten Rand 18.1 begrenzt.The second
Der Einkoppelbereich 14 weist ein dem flächigen Lichtleiterbereich abgewandtes erstes Ende und ein dem flächigen Lichtleiterbereich zugewandtes zweites Ende auf.The
An dem ersten Ende ist eine Lichtquelle 32 so angeordnet, dass das von ihr emittierte Licht in das dem flächigen Lichtleiterbereich 16 abgewandte Ende des Einkoppelbereichs 14 eingekoppelt wird. Bei der Lichtquelle 32 handelt es sich bevorzugt um eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere um eine einzelne Leuchtdiode oder Laserdiode oder um eine räumliche Zusammenfassung mehrerer solcher Dioden. Für Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen, und so bevorzugt auch hier, werden üblicherweise Leuchtdioden verwendet, die eine viereckige, ebene Lichtaustrittsfläche mit einer Kantenlänge von 0,3 mm bis etwa 2mm aufweisen. Die Anordnung erfolgt so, dass der Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle und der Lichteintrittsfläche des Einkoppelbereichs kleiner als 1 mm ist.A
Es ist ein Ziel, eine lange und schmale Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterstruktur 12 homogen mit parallelem Licht aus dem Inneren der Lichtleiterstruktur 12 zu beleuchten Dabei soll die Beleuchtung möglichst effizient, also mit einem möglichst hohen Anteil am eingekoppelten Licht, erfolgen.It is an objective to illuminate a long and narrow light exit surface of the
In Bezug auf die als Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterstruktur 12 dienende dritte schmale Seite 26 und den in Lichtrichtung davor liegenden flächigen Lichtleiterbereich 16 wird die x-Richtung als Richtung einer Tiefe des flächigen Lichtleiterbereichs, die y-Richtung als Richtung einer Breite des flächigen Lichtleiterbereiches und der Lichtaustrittsfläche und die z-Richtung als Dicke des flächigen Lichtleiterbereiches und Höhe der Lichtaustrittsfläche definiert.With respect to the third
Aus einer Blickrichtung, die der angegebenen x-Richtung entgegengesetzt ist, ist die leuchtende Fläche bei der Ausgestaltung, die in der
Die Angabe dieser Richtungen in den verschiedenen Figuren stellt daher einen Bezug zwischen den Ausrichtungen der jeweils dargestellten Gegenstände her. Die Lichtquelle 32 befindet sich im Ursprung des dargestellten Koordinatensystems.The indication of these directions in the various figures therefore establishes a relationship between the orientations of the objects represented in each case. The
Eine Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes verläuft in dem flächigen Lichtleiterbereich 16 von der ersten Schmalseite 22, die als Lichteintrittsfläche des flächigen Lichtleiterbereichs 16 dient, zur dritten Schmalseite 26, die als Lichtaustrittsfläche dient.A main propagation direction of the light runs in the planar
Die erste Teilfläche 28 und die zweite Teilfläche 30 sind so angeordnet, dass die zweite Teilfläche 30 gegenüber der ersten Teilfläche 28 in einem quer zur Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes im flächigen Lichtleiterbereich liegenden Querschnitt stufenförmig versetzt angeordnet ist. Eine in z-Richtung gemessene Dicke des flächigen Lichtleiterbereichs 16 ist in einem zwischen dem ersten Teilbereich 28 und dem zweiten Teilbereich 30 liegenden Übergangsbereich 29 gegenüber dem außerhalb dieses Übergangsbereichs vorhandenen Abstandes d verringert. Die zweite Teilfläche 30 erstreckt sich über die ganze zwischen der ersten schmalen Seite 22 und der dritten schmalen Seite 26 liegende Länge der zweiten schmalen Seite 24. Die erste Teilfläche 28 grenzt an die erste schmale Seite 22 an und erstreckt sich von dieser ausgehend nur über einen Teil der zwischen der ersten schmalen Seite 22 und der dritten schmalen Seite 26 liegenden Länge der zweiten schmalen Seite 24.The first
In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Länge der als Lichtaustrittsfläche dienenden dritten schmalen Seite 26 in y-Richtung größer als deren vierfache Breite in z-Richtung, insbesondere größer als deren sechsfache Breite und besonders bevorzugt größer als deren achtfache Breite. Diese Angaben beziehen sich dabei jeweils auf ein Lichtleitervolumen, das von einer Lichtquelle, sei es eine einzelne Halbleiterlichtquelle oder eine räumlich zusammengefasste Anordnung mehrerer Halbleiterlichtquellen, beleuchtet wird. Sofern mehrere räumlich voneinander getrennte Lichtquellen verwendet werden, wird ein Lichtleitervolumen jeder Lichtquelle zugeordnet, wobei eine solche Anordnung als Elementarzelle betrachtet wird. Auch die Tiefe des flächigen Lichtleiterbereichs beträgt bevorzugt ein mehrfaches, insbesondere wenigstens ein vierfaches seiner Dicke, was die Bezeichnung als flächiger Lichtleiter rechtfertigt.In preferred embodiments, the length of the third
Moderne Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen liefern Signallicht-Lichtverteilungen und/oder Scheinwerfer-Lichtverteilungen. Eine Signallicht-Lichtverteilung dient dazu, anderen Verkehrsteilnehmern die Anwesenheit eines Kraftfahrzeugs und/oder die Absichten seines Fahrers anzuzeigen. Scheinwerfer-Lichtverteilungen sollen dagegen Objekte im Fahrweg des Kraftfahrzeuges beleuchten und damit für den Fahrer wahrnehmbar machen. Das Erzeugen einer Lichtverteilung wird auch als Lichtfunktion bezeichnet. Häufig erfüllt eine Beleuchtungseinrichtung mehrere Lichtfunktionen mit Hilfe von einem oder mehreren Lichtmodulen, die in einer solchen Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind.Modern automotive lighting devices provide signal light distribution and / or headlight distribution. A signal light distribution is used to indicate the presence of a motor vehicle and / or the intentions of his driver to other road users. Headlight light distributions, on the other hand, should illuminate objects in the travel path of the motor vehicle and thus make them perceptible to the driver. The generation of a light distribution is also called a light function. Frequently, a lighting device fulfills a plurality of light functions with the aid of one or more light modules, which are arranged in such a lighting device.
Die hier vorgestellte Erfindung erfüllt bevorzugt Signallichtfunktionen, insbesondere eine Tagfahrlicht-Lichtfunktion, eine Blinklicht-Lichtfunktion, eine Positionslicht-Lichtfunktion, eine Schlusslicht-Lichtfunktion oder eine Bremslicht-Lichtfunktion. Bei einer Zusammenschaltung mehrerer Lichtleiterstrukturen können auch Scheinwerfer-Lichtfunktionen verwirklicht werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtungen 1 neben einer durch die Erfindung erfüllten Lichtfunktion noch weitere Lichtfunktionen erfüllen, wozu sie gegebenenfalls weitere Lichtmodule aufweisen. Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Beleuchtungseinrichtungen können daher insbesondere separate Bugleuchten für Blinklicht- oder Tagfahrlicht-Lichtfunktionen sein, oder es kann sich um mehrere Lichtfunktionen erfüllende Frontscheinwerfer oder auch Heckleuchten handeln.The invention presented here preferably fulfills signal light functions, in particular a daytime running light function, a flashing light function, a position light function, a taillight function or a brake light function. In an interconnection of multiple optical fiber structures and headlight lighting functions can be realized. It does not matter whether
Im Folgenden werden Einzelheiten von Elementen und/oder Ausgestaltungen von Lichtleiterstrukturen 12 erfindungsgemäßer Beleuchtungseinrichtungen erläutert. Dabei wird die Lichtleiterstruktur zunächst anhand einer ebenen Ausgestaltung, wie sie auch in der
Prinzipiell setzt sich eine Elementarzelle einer Lichtleiterstruktur 12 einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung aus dem Einkoppelbereich 14, dem flächigen Lichtleiterbereich 16 und gegebenenfalls noch einem weiteren Bereich zusammen, der zur Erzeugung einer vorbestimmten Kontur der Lichtaustrittsfläche dient und auf den weiter unten noch näher eingegangen wird.In principle, an elementary cell of an
Die
Mit Bezug auf die vertikale Richtung gilt, dass sich das Licht im weiteren Verlauf bis auf weiter unten noch zu beschreibende Sonderfälle nur noch zwischen den zur z - Richtung senkrechten Flächen bewegt. Es bewegt sich also zwischen der ersten Fläche 18 aus der
Mit Bezug auf die horizontale Richtung gilt, dass die horizontale Winkelverteilung im flächigen Lichtleiterbereich 16 noch gezielt verändert wird. Die Veränderung erfolgt dabei durch die parallelisierende Wirkung der zweiten schmalen Seite 24 des flächigen Lichtleiterbereichs 16.With respect to the horizontal direction applies that the horizontal angular distribution in the planar
In einer Ausgestaltung besitzt der Einkoppelbereich 14 eine gebogene Form. Ein solcher gebogener Einkoppellichtleiter besitzt nur zwei ebene Flächen. Bei einer solchen Ausgestaltung ist bevorzugt, dass der Einkoppelabschnitt einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dass dieser Querschnitt zwischen der Einkoppelfläche und dem Übergangsbereich in Form der ersten Schmalseite 22 des flächigen Abschnitts 16 der Lichtleiterstruktur mit einer quadratischen Abhängigkeit von der Länge des Einkoppelbereichs anwächst.In one embodiment, the coupling-in
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Einkoppelbereich dazu eingerichtet, dass er das Licht der Lichtquelle 32 gerade soweit parallelisiert, dass das parallelisierte Lichtbündel, das vom Einkoppelbereich 12 in den flächigen Lichtleiterbereich 16 übertritt, die gesamte winkelverändernde Fläche des flächigen Lichtleiterbereichs 16 beleuchtet. Dabei soll das Lichtbündel nicht mehr beleuchten als diese Fläche, um sonst auftretende Effizienzeinbußen zu vermeiden. Es soll aber auch nicht weniger als diese Fläche beleuchten, da sonst dunkle Bereiche auf der als Lichtaustrittsseite dienenden dritten schmalen Seite 26 auftreten können.In a preferred embodiment, the coupling-in area is set up in such a way that it parallelizes the light of the
Dies ist ein eigenständiger Aspekt, der auch ohne die Stufe in der winkelverändernden Fläche schon eine recht gute Homogenität und vor allem dieselbe Effektivität ergibt.This is an independent aspect which, even without the step in the angle-changing surface, already gives a fairly good homogeneity and, above all, the same effectiveness.
Mit Blick auf diesen Aspekt wird auch die folgende Kombination von Merkmalen als eigenständige, die oben angegebene Aufgabe lösende Lehre betrachtet: Beleuchtungseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug mit einer Lichtleiterstruktur 12, die wenigstens einen Einkoppelbereich 14 und wenigstens einen flächigen Lichtleiterbereich 16 aufweist, der eine erste breite Seite 18 aufweist, die von einem ersten Rand 18.1 begrenzt wird, und der eine zweite breite Seite 20 aufweist, die der ersten breiten Seite äquidistant gegenüber liegt und die von einem zweiten Rand 20.1 begrenzt wird, sowie mit schmalen Seiten 22, 24, 26, 28, die zwischen dem ersten Rand 18.1 und dem zweiten Rand 20.1 liegen und die die erste breite Seite mit der zweiten breiten Seite verbinden, wobei eine zweite schmale Seite 24 dazu eingerichtet ist, von einer ersten schmalen Seite 22 her auf die zweite schmale Seite einfallendes Licht auf eine dritte schmale Seite 26 zu richten, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite schmale Seite 24 dazu eingerichtet ist, von der ersten schmalen Seite 22 her auf die zweite schmale Seite 24 einfallendes Licht zu parallelisieren und auf die dritte schmale Seite 26 zu richten, wobei die erste schmale Seite einen Übergang eines eine Lichteintrittsfläche aufweisenden und stoffschlüssig mit dem flächigen Bereich zusammenhängenden Einkoppelbereichs 14 zu dem flächigen Lichtleiterbereich 16 bildet, welcher Einkoppelbereich dazu eingerichtet ist, über seine Lichteintrittsfläche eingekoppeltes Licht einer Lichtquelle 32 zu parallelisieren und das parallelisierte Licht so auf die zweite Schmalseite zu richten, dass nur die zweite Schmalseite beleuchtet wird.In view of this aspect, the following combination of features is considered as an independent, solving the above-mentioned problem teaching: Lighting device 1 for a motor vehicle with a light guide structure 12 having at least one coupling region 14 and at least one planar light guide region 16, the first broad 18, which is bounded by a first edge 18.1 and which has a second broad side 20 which is equidistant from the first broad side and which is bounded by a second edge 20.1, and narrow sides 22, 24, 26, 28, which lie between the first edge 18.1 and the second edge 20.1 and which connect the first wide side to the second wide side, wherein a second narrow side 24 is arranged to incident from a first narrow side 22 ago on the second narrow side To direct light on a third narrow side 26, characterized in that the second narrow e page 24 is adapted to parallelize from the first narrow side 22 ago on the second narrow side 24 incident light and to judge the third narrow side 26, wherein the first narrow side a transition of a light entry surface having and cohesively with the planar Forming area coupling coupling portion 14 to the planar light guide portion 16 is formed, which Einkoppelbereich is adapted to parallelize via its light entrance surface coupled light of a light source 32 and to direct the parallelized light on the second narrow side so that only the second narrow side is illuminated.
Der Einkoppelbereich 12 hängt in einer bevorzugten Ausgestaltung stoffschlüssig mit dem flächigen Lichtleiterbereich 16 zusammen, so dass die erste schmale Seite 22 des flächigen Lichtleiterbereichs mit der Endfläche 34 des Einkoppelbereichs 12 zusammenfällt. Die Lichtleiterstuktur besteht bevorzugt aus einem üblichen Lichtleitermaterial wie Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) oder einem anderen glasklaren Material wie Glas oder Silikon.In a preferred embodiment, the coupling-in
Die
Gelingt es nicht, durch Änderungen des Anstellwinkels, mit dem sich die Seitenflächen des Einkoppelbereichs 14 aufweiten, die winkelverändernde Fläche 24 im flächigen Lichtleiterbereich 16 exakt auszuleuchten, kann eine Drehung des Einkoppelbereichs 16 um einen Winkel α hilfreich sein. Der Drehpunkt liegt etwa in der Mitte 38 der Endfläche 34 des Einkoppelbereichs 12. Führt dies nicht zum Ziel, muss die Breite delta y der dritten schmalen Seite des flächigen Lichtleiterbereichs 16 beim Entwurf der Lichtleiterstruktur 12 angepasst werden.If it is not possible to exactly illuminate the angle-changing
Die der winkelverändernden Seite 24 gegenüberliegende vierte schmale Seite 40 des flächigen Lichtleiterbereichs 26 hat bei den hier vorgestellten Ausgestaltungen keine optische Funktion. Analog zu dieser Fläche ist auch der Abschnitt 35, der zwischen dem Einkoppelbereich 14 und der zweiten schmalen Seite 24 ohne optische Funktion.The angle-changing
Diese Abschnitte werden in bevorzugten Ausgestaltungen für das Anbringen von Verbindungs- und Befestigungselementen wie beispielsweise den Stegen zwischen den erfindungsgemäßen Lichtleitern in den
Die
Die Verteilung ist dabei stark schematisiert dargestellt. Die winkelverändernde Fläche hat hier eine Parabelform. Wesentlich ist, dass ein näher an der winkelverändernden Seite 24 liegender vierter Abschnitt der Lichtaustrittsfläche 26 deutlich heller ist als der Durchschnitt der anderen Abschnitte, während ein weiter von der winkelverändernden Seite 24 entfernt liegender achter Abschnitt deutlich weniger hell erscheint als der Durchschnitt der anderen Bereiche. Insgesamt weist die Helligkeitsverteilung also eine ausgeprägte und störende Inhomogenität auf.The
The distribution is shown very schematically. The angle-changing surface here has a parabolic shape. It is essential that a fourth portion of the
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind beide Teilflächen 28, 30 parabelförmig, wobei die beiden Parabeln den gleichen Brennpunkt und die gleiche Richtung besitzen. Bevorzugt ist auch, dass die Parabel der stufenförmig nach innen versetzten Teilfläche 30 eine im Vergleich zur Brennweite der außen liegenden Teilfläche 28 kleinere Brennweite aufweist. Ein Strahlenbündel 42, dessen vertikale Winkelverteilung derjenigen am Ende des Einkoppelbereichs entspricht, wird zu einem Teil 42b an der zweiten Teilfläche 30 reflektiert, der Rest 42a wird an der ersten Teilfläche 28 reflektiert. Insgesamt ergibt sich also eine Aufspaltung in zwei Bündel 42a und 42b, welche den flächigen Lichtleiterbereich 16 an zwei unterschiedlichen y - Orten verlassen.In a preferred embodiment, both
Eine weitere Konsequenz der Verminderung der Schichtdicke im Lichtweg hinter der eingestuften zweiten Teilfläche 42b ist in der
Die
Dadurch kann eine gekrümmte Lichtaustrittsfläche mit diskreten Stufen nachgebildet werden, ohne dass ein unerwünschtes Auftreten interner Totalreflexionen ausgelöst wird, wie es an tatsächlich gekrümmten Flächen auftritt, wenn der Einfallswinkel des Lichtes auf die gekrümmte Lichtaustrittsfläche aufgrund von deren Krümmung den Grenzwinkel der Totalreflexion überschreitet.As a result, a curved light exit surface can be reproduced with discrete steps, without triggering an undesired occurrence of total internal reflections, as occurs on actually curved surfaces, when the angle of incidence of the light on the curved light exit surface exceeds the critical angle of total reflection due to its curvature.
Die Lichtaustrittsflächen der einzelnen Stufen sind in einer bevorzugten Ausgestaltung als Licht in vorbestimmte Richtungen brechende Flächen, zum Beispiel als Zylinderflächen ausgestaltet.The light exit surfaces of the individual stages are configured in a preferred embodiment as light in predetermined directions refractive surfaces, for example as cylindrical surfaces.
Die
Die
Dies bietet eine weitere Möglichkeit zur Homogenisierung der Helligkeitsverteilung. Durch die mit zunehmendem Abstand von der ersten Schmalseite, also von dem Einkoppelbereich 14, abnehmende Breite der zweiten Teilfläche 30 ergibt sich gewissermaßen in z-Richtung unterhalb der zweiten Teilfläche 30 ein sich aufweitender Lichtleiterquerschnitt, der für eine erwünschte weitere Parallelisierung sorgt.This offers another possibility for homogenizing the brightness distribution. Due to the increasing with increasing distance from the first narrow side, that is from the
Ferner ist bevorzugt, dass die zweite Teilfläche eine trapezförmige oder dreieckige Kontur aufweist.It is further preferred that the second partial surface has a trapezoidal or triangular contour.
Bevorzugt ist auch, dass die zweite Teilfläche näher an der ersten Schmalseite als an der dritten Schmalseite angeordnet ist, beziehungsweise, was das gleiche ist, dass die zweite Teilfläche 30 näher an dem Einkoppelbereich 14 als an der Lichtaustrittsfläche 26 angeordnet ist.It is also preferable that the second partial surface is arranged closer to the first narrow side than to the third narrow side, or, which is the same, that the second
Dies ist deshalb nötig, damit das Licht den Lichtleiter parallel zu x verlassen kann. Würde man auf die Treppenstufen verzichten, würde das Licht aufgrund von Totalreflexionen an der dann gekrümmten Fläche im Lichtleiter verbleiben.This is necessary so that the light can leave the light guide parallel to x. If one waived the steps, the light would remain due to total reflections on the then curved surface in the light guide.
Die senkrecht zur x-Richtung liegenden Absätze der Stufen sind gekrümmt, hier konvex ausgestaltet, um das parallel zur x-Richtung aus dem Lichtleiterinneren einfallende Licht in eine gewünschte Lichtverteilung zu brechen.The steps of the steps lying perpendicular to the x-direction are curved, in this case convex, in order to break the light incident parallel to the x-direction from the light guide interior into a desired light distribution.
Die in der
Natürlich kann diese Krümmung des Einkoppelbereichs 14.1 auch auf den flächigen Lichtleiterbereich 16 und/oder den Konturerzeugungsbereich 44 ausgedehnt werden. Bis hierher wurde lediglich gezeigt, wie mit Hilfe des Konturerzeugungsbereichs 44 eine ebene leuchtende Kurve erzeugt werden kann.Of course, this curvature of the coupling-in region 14.1 can also be extended to the planar
Eine zweite Möglichkeit, eine dreidimensional gekrümmte leuchtende Kurve zu erzeugen, ist in den drei Ansichten eines dreidimensional gekrümmten Konturerzeugungsbereichs 46 der
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