DE102013204620B4 - Automotive lighting device - Google Patents
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Abstract
Kfz-Beleuchtungseinrichtung (10, 40) mit einem Leuchtmittel (12) und einem Lichtleitelement (14), welches einen Grundkörper (16) aufweist, welcher eine Lichteinkoppelfläche (18) zum Einkoppeln von Licht des Leuchtmittels (12) und einen Lichtauskoppelabschnitt (20, 60, 66) aufweist, wobei der Grundkörper (16) als Abschnitt eines durch Rotation einer Rotationsbasisfläche (24) um eine Leitachse (22) gebildeten Rotationskörpers ausgebildet ist, wobei die Rotationsbasisfläche (24) von einer Basisinnenkante (28) in Richtung zur Leitachse (22) hin und von einer Basisaußenkante (30) in Richtung von der Leitachse (22) weg begrenzt ist, und wobei der Grundkörper (16) eine durch Rotation der Basisinnenkante (28) definierte Leitinnenfläche (36) und eine durch Rotation der Basisaußenkante (30) definierte Leitaußenfläche (38) aufweist, und wobei die Rotationsbasisfläche (24) außerdem von einer Einkoppelkante (26) begrenzt ist, an welche sich einerseits die Basisinnenkante (28) und andererseits die Basisaußenkante (30) anschließt, wobei die Basisinnenkante (28) und die Basisaußenkante (30) in ihrem Verlauf ausgehend von der Einkoppelkante (26) in Richtung zum Lichtauskoppelabschnitt (20, 60, 66) zunächst zur Leitachse (22) hin gewölbt verlaufen, wobei die Rotationsbasisfläche (24) die Leitachse (22) entlang der Einkoppelkante (26) berührt, und die Einkoppelkante (26) in der Lichteinkoppelfläche (18) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtauskoppelabschnitt (20, 60, 66) eine Lichtauskoppelfläche (60) aufweist, welche dadurch definiert ist, dass der Rotationskörper mit einer Schnittfläche geschnitten ist, welche die Leitaußenfläche (38) und die Leitinnenfläche (36) schneidet.Motor vehicle illumination device (10, 40) with a luminous means (12) and a light-conducting element (14) which has a base body (16) which has a light coupling surface (18) for coupling in light of the luminous means (12) and a light coupling-out section (20, 60, 66), wherein the base body (16) is formed as a section of a rotation body formed by rotation of a rotation base surface (24) about a guide axis (22), wherein the rotation base surface (24) from a base inner edge (28) towards the guide axis ( 22) towards and away from a base outer edge (30) in the direction away from the guide axis (22), and wherein the base body (16) defines a guide inner surface (36) defined by rotation of the base inner edge (28) and a base outer edge (30) rotated ) and the rotation base surface (24) is further bounded by a coupling edge (26) to which on the one hand the base inner edge (28) and ande on the other hand, the base outer edge (30) connects, wherein the base inner edge (28) and the base outer edge (30) in its course, starting from the coupling edge (26) towards the Lichtauskoppelabschnitt (20, 60, 66) initially curved to the guide axis (22) out in which the rotation base surface (24) touches the guide axis (22) along the coupling edge (26), and the coupling edge (26) extends in the light coupling surface (18), characterized in that the light coupling-out section (20, 60, 66) forms a light coupling surface (20). 60) defined by the rotation body being cut with a cut surface intersecting the leading outer surface (38) and the leading inner surface (36).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kfz-Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtleitelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a motor vehicle lighting device with a light guide according to the preamble of claim 1.
Im Bereich der Beleuchtungseinrichtungen ist zum einen die Verwendung von Lichtformelementen oder Linsen bekannt, welche als Rotationskörper aus einem transparenten Material ausgebildet sind. Beispielsweise ist in der
Außerdem finden für Beleuchtungseinrichtungen verschiedene Lichtleitelemente Verwendung, welche eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweisen und von Seitenwänden derart begrenzt sind, dass Licht unter interner Totalreflexion von der Lichteintrittsfläche zu der Lichtaustrittsfläche geleitet werden kann.In addition, different light-guiding elements are used for lighting devices, which have a light entrance surface and a light exit surface and are bounded by side walls such that light can be conducted from the light entry surface to the light exit surface under total internal reflection.
Bei solchen Lichtleitelementen besteht zum einen das Problem, dass die in dem Lichtleitelement geführte Lichtverteilung durch Unebenheiten oder durch mechanische Kontaktierung der leitenden Seitenflächen beeinflusst oder beeinträchtigt wird. Insbesondere kann es zu einer unerwünschten Lichtauskopplung kommen. Somit ist es oftmals schwierig, derartige Lichtleitelemente in einer Beleuchtungseinrichtung zu haltern oder zu befestigen.On the one hand there is the problem with such light-guiding elements that the light distribution guided in the light-guiding element is influenced or impaired by unevenness or by mechanical contacting of the conductive side surfaces. In particular, it can lead to an unwanted light extraction. Thus, it is often difficult to support or fasten such light guide elements in a lighting device.
Außerdem ist eine die Lichtleitung nach dem Prinzip der vielfachen internen Totalreflexion an den begrenzenden Seitenwänden in der Regel damit verbunden, dass die Winkelanhängigkeit der Intensitätsverteilung des durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppelten Lichts gänzlich verändert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Lichtbündel durch vielfache interne Totalreflexion in dem Lichtleiter an in verschiedenen Winkeln zueinander ausgerichteten Seitenwänden gleichsam durchmischt werden. Dieser Effekt kann es problematisch machen, aus derartigen Lichtleitelementen eine Abstrahllichtverteilung mit einer kontrollierten Intensitätsverteilung auszukoppeln.In addition, the light pipe according to the principle of multiple internal total reflection at the limiting sidewalls is usually associated with the fact that the angular dependence of the intensity distribution of the light coupled in by the light coupling surface is completely changed. This is due to the fact that the light beams are mixed by multiple total internal reflection in the light guide at at different angles aligned side walls as it were. This effect can make it problematic to decouple an emission light distribution with such a controlled intensity distribution from such light-guiding elements.
Aus der
Bei Verwendung der genannten Lichtleitelemente in modernen Kfz-Beleuchtungseinrichtungen besteht oftmals die Anforderung, das Licht nach Abstrahlung durch das Leuchtmittel mit mehrfacher Richtungsänderung und ggf. Querschnittsänderungen des Lichtleitelements zu führen, beispielsweise wegen eines begrenzten Bauraums. Dies ist vor dem Hintergrund der oben genannten Effekte besonders problematisch.When using said light guide elements in modern automotive lighting devices, there is often the requirement to guide the light after radiation through the light source with multiple changes of direction and, if necessary, changes in the cross section of the light guide element, for example because of a limited installation space. This is particularly problematic against the background of the above effects.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten nachteiligen Effekte zu minimieren. Insbesondere soll es für eine Kfz-Beleuchtungseinrichtung ermöglicht werden, das von dem Leuchtmittel ausgestrahlte Licht unter weitgehendem Erhalt der Ordnung der eingekoppelten Lichtbündel untereinander zu führen und eine Beeinträchtigung der Lichtleiteigenschaften durch mechanische Kontaktierung und Haltern des Lichtleitelements weitgehend zu verhindern.The object of the invention is to minimize said adverse effects. In particular, it should be made possible for a motor vehicle lighting device to carry out the light emitted by the light bulb while largely maintaining the order of the coupled light bundles with each other and to prevent deterioration of the light transmission properties by mechanical contacting and holding the light guide element largely.
Diese Aufgabe wird durch eine Kfz-Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine solche Beleuchtungseinrichtung weist ein Leuchtmittel und ein Lichtleitelement auf, welches einen Grundkörper mit einer Lichteinkoppelfläche und einem Lichtauskoppelabschnitt aufweist und welcher derart ausgebildet ist, dass Licht unter interner Totalreflexion von der Lichteinkoppelfläche zu dem Lichtauskoppelabschnitt geleitet werden kann.This object is achieved by a motor vehicle lighting device having the features of claim 1. Such a lighting device has a lighting means and a light guide, which has a base body with a light input surface and a Lichtauskoppelabschnitt and which is designed such that light can be passed under total internal reflection of the light input surface to the Lichtauskoppelabschnitt.
Der Grundkörper ist als Abschnitt, vorzugsweise Segment oder Sektor, eines Rotationskörpers ausgebildet, welcher durch Rotation einer gedachten ebenen Rotationsbasisfläche um eine Leitachse des Lichtleitelements definiert ist.The base body is formed as a section, preferably segment or sector, of a rotation body, which is defined by rotation of an imaginary planar rotation base surface about a guide axis of the light guide element.
Die gedachte Rotationsbasisfläche wird von einer Basisinnenkante in Richtung zu der Leitachse hin und von einer Basisaußenkante in Richtung von der Leitachse weg begrenzt. Die Rotationsbasisfläche ist zusätzlich von einer Einkoppelkante begrenzt, an welche sich einerseits die Basisinnenkante und andererseits die Basisaußenkante anschließt. Ausgehend von der Einkoppelkante verläuft sowohl die Basisinnenkante, als auch die Basisaußenkante, in ihrem Verlauf zum Lichtauskoppelabschnitt in Richtung zur Leitachse hin gewölbt. Der Abschnitt des Rotationskörpers ist dabei derart gebildet, dass die gedachte Rotationsbasisfläche die Leitachse zumindest entlang der Einkoppelkante berührt und die Einkoppelkante in der Lichteinkoppelfläche des Grundkörpers verläuft. Der Lichtauskoppelabschnitt weist eine Lichtauskoppelfläche auf, welche als Schnitt des Rotationskörpers mit einer die Leitachse schneidenden oder diese enthaltenden Schnittfläche ausgebildet ist.The imaginary rotation base surface is bounded from a base inner edge toward the lead axis and away from a base outer edge toward the lead axis. The Rotation base surface is additionally limited by a coupling edge, which is followed by the one hand, the base inner edge and on the other hand, the base outer edge. Starting from the coupling edge, both the base inner edge and the base outer edge curve in the direction of the light coupling-out section in the direction of the guide axis. In this case, the section of the rotation body is formed in such a way that the imaginary rotation base surface touches the guide axis at least along the coupling-in edge and the coupling-in edge extends in the light coupling surface of the base body. The Lichtauskoppelabschnitt has a light output surface, which is formed as a section of the rotating body with a cutting axis of the cutting axis or containing this cutting surface.
Ein so definierter Grundkörper weist eine der Leitachse zugewandte Leitinnenfläche und eine von der Leitachse abgewandte Leitaußenfläche auf, welche jeweils als Ganzes betrachtet, ausgehend von der Lichteinkoppelfläche des Grundkörpers bezüglich zweier Richtungen gewölbt sind (nämlich zum einen entlang ihres Verlaufs von der Lichteinkoppelfläche in Richtung zum Lichtauskoppelabschnitt mit Wölbung zur Leitachse hin, und zum anderen in ihrem Verlauf in einer gedachten Ebene senkrecht zur Leitachse mit Wölbung um die Leitachse herum). Da die Einkoppelkante in der Lichteinkoppelfläche verläuft, schließen sich die in dieser Art doppelt gewölbten Lichtleitflächen des Grundkörpers unmittelbar an die Lichteinkoppelfläche an.A base body defined in this way has a guide inner surface facing the guide axis and a guide outer surface facing away from the guide axis, which, viewed as a whole, are curved starting from the light coupling surface of the main body with respect to two directions (namely, along its course from the light coupling surface in the direction of the light coupling-out section with curvature towards the leading axis, and secondly in its course in an imaginary plane perpendicular to the leading axis with curvature around the guide axis around). Since the coupling-in edge extends in the light-incoupling surface, the light-guiding surfaces of the base body that are doubly arched in this manner close directly to the light-coupling surface.
Durch die Ausgestaltung als Rotationskörper kann ein unerwünschter Einfluss von lateralen Begrenzungswänden vermieden werden. Diese können, wie eingangs beschrieben, zu einer winkelmäßigen Durchmischung der in dem Lichtleiter geführten Lichtverteilung führen können. Insbesondere ist der Grundkörper derart gewählt, dass keine interne Totalreflexion an Begrenzungswänden erfolgt, welche zu den genannten Lichtleitflächen in einem Winkel ausgerichtet sind.The design as a rotational body, an undesirable influence of lateral boundary walls can be avoided. As described above, these can lead to an angular mixing of the light distribution guided in the light guide. In particular, the base body is chosen such that no internal total reflection takes place on boundary walls, which are aligned at an angle to said light guide surfaces.
Für die Winkelabhängigkeit der Intensitätsverteilung des in dem Lichtleitelement geführten Lichts ergibt sich daher ein leicht nachvollziehbarer Verlauf. Insbesondere verläuft aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein ausgewähltes, durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Lichtbündel auch bei mehrfacher Totalreflexion zwischen der Leitinnenfläche und der Leitaußenfläche im Wesentlichen in einer sich parallel zu der Leitachse erstreckenden Ebene. Eine laterale Durchmischung von Lichtbündeln wird weitgehend vermieden.For the angular dependence of the intensity distribution of the guided in the light guide light therefore results in an easily traceable course. In particular, due to the configuration according to the invention, a selected light bundle coupled in by the light incoupling surface extends substantially even in the case of multiple total reflection between the guide inner surface and the outer guide surface in a plane extending parallel to the guide axis. Lateral mixing of light bundles is largely avoided.
Die Basisinnenkante und die Basisaußenkante (und damit auch die durch Rotation definierte Leitinnenfläche und Leitaußenfläche des Grundkörpers) sind im Wesentlichen in dieselbe Richtung zur Leitachse hin gewölbt. Diese Begrenzungsflächen dienen grundsätzlich zur Lichtleitung. Als Lichteinkoppelfläche dient bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung daher nicht eine der durch die Basisinnenkante oder Basisaußenkante definierten Begrenzungsflächen, sondern die Lichteinkoppelfläche des Grundkörpers, in welcher die Einkoppelkante verläuft und an welche sich die genannten Flächen (Leitinnenfläche, Leitaußenfläche) anschließen.The base inner edge and the base outer edge (and thus also the guide inner surface and outer surface of the main body defined by rotation) are arched substantially in the same direction towards the guide axis. These boundary surfaces are basically used for light transmission. Therefore, in the embodiment according to the invention, the light coupling surface is not one of the boundary surfaces defined by the base inner edge or base outer edge, but the light coupling surface of the base body in which the coupling edge extends and to which the surfaces mentioned (inner guide surface, outer guide surface) adjoin.
Unter einem Rotationskörper wird im vorliegenden Zusammenhang ein Körper verstanden, der durch Rotation einer erzeugenden, ebenen Kurve – oder durch eine von dieser Kurve berandeten Rotationsbasisfläche – um die Rotationsachse (Leitachse) gebildet ist. Die Rotationsbasisfläche erstreckt sich dabei in einer Ebene mit der Leitachse. Aus einem solchen rotationssymmetrischen Körper wird der Grundkörper des erfindungsgemäßen Lichtleitelements als Abschnitt gebildet, welcher vorzugsweise die Rotationsachse enthält (z. B. im Wesentlichen als Sektor). Insbesondere ist der Grundkörper als Ausschnitt aus dem Rotationskörper ausgebildet, der von zwei sich entlang der oder parallel zur Rotationsachse (Leitachse) schneidenden, insbesondere parallel zur Rotationsachse verlaufenden Sektorebenen begrenzt ist. Die Sektorebenen schließen einen Sektorwinkel miteinander ein. Der Sektorwinkel beträgt vorzugsweise zwischen 90° und 270°, beispielsweise 180°.In the present context, a body of revolution is understood to mean a body which is formed by rotation of a generating, plane curve-or by a rotation base surface bounded by this curve-about the axis of rotation (guide axis). The rotation base surface extends in a plane with the guide axis. From such a rotationally symmetrical body, the main body of the light-guiding element according to the invention is formed as a section, which preferably contains the axis of rotation (eg essentially as a sector). In particular, the main body is formed as a section of the rotary body, which is delimited by two sectors extending along or parallel to the axis of rotation (leading axis), in particular extending parallel to the axis of rotation sector. The sector levels include a sector angle with each other. The sector angle is preferably between 90 ° and 270 °, for example 180 °.
Die Einkoppelkante sowie die Basisinnenkante und die Basisaußenkante der gedachten Rotationsbasisfläche liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene.The coupling-in edge and the base inner edge and the base outer edge of the imaginary rotation base surface are preferably in a common plane.
Durch Rotation der Basisinnenkante der Rotationsbasisfläche wird eine der Leitachse zugewandte Leitinnenfläche des Grundkörpers definiert. Entsprechend wird durch Rotation der Basisaußenkante eine der Leitachse abgewandte Leitaußenfläche des Grundkörpers definiert.By rotation of the base inner edge of the rotation base surface, a guide inner surface of the base body facing the guide axis is defined. Accordingly, by rotation of the base outer edge, a guide outer surface of the base body facing away from the guide axis is defined.
Der Grundkörper ist vorzugsweise aus einem optisch wirksamen Linsenmaterial gebildet, beispielsweise ein transparentes Material mit größerer optischer Dichte als Luft (d. h. größerem Brechungsindex). In Frage kommen insbesondere Glas- oder Kunststoffe, wie Acrylglas oder Polykarbonat oder Polymetylmethacrylat (PMMA). Insbesondere die letztgenannten Materialien können kostengünstig mit hoher Präzision im Spritzgussverfahren verarbeitet werden.The base body is preferably formed of an optically active lens material, for example a transparent material with a greater optical density than air (i.e., a larger refractive index). Particularly suitable are glass or plastics, such as acrylic glass or polycarbonate or polymethyl methacrylate (PMMA). In particular, the latter materials can be inexpensively processed with high precision by injection molding.
Die Basisinnenkante und die Basisaußenkante bzw. die Leitinnenfläche und die Leitaußenfläche sind in ihrem Verlauf ausgehend von der Einkoppelkante bzw. der Lichteinkoppelfläche in Richtung Lichtauskoppelabschnitt vorzugsweise in dieselbe Richtung gewölbt. Die beiden genannten Kanten können beispielsweise in mathematischem Sinne eine Krümmung mit gleichem Vorzeichen aufweisen (z. B. bezüglich eines von der Leitachse und einer Senkrechten zur Leitachse aufgespannten Koordinatensystems). Insbesondere ist die Steigung der Basisinnenkante und der Basisaußenkante im Bereich ihres Ansatzes an der Einkoppelkante derart, dass die Basisinnenkante und die Basisaußenkante jeweils einen spitzen Winkel mit der Leitachse einschließen, wobei die beiden eingeschlossenen Winkel in dieselbe Richtung bezüglich der Leitachse geöffnet sind.The base inner edge and the base outer edge or the inner guide surface and the Leitaußenfläche are curved in their course, starting from the coupling edge or the light input surface in the direction Lichtauskoppelabschnitt preferably in the same direction. The two mentioned edges For example, in a mathematical sense, they may have a curvature of the same sign (for example, with respect to a coordinate system spanned by the leading axis and a perpendicular to the leading axis). In particular, the slope of the base inner edge and the base outer edge in the region of their approach to the coupling edge such that the base inner edge and the base outer edge each include an acute angle with the guide axis, wherein the two included angles are opened in the same direction with respect to the lead axis.
Der Grundkörper ist vorzugsweise derart in lateraler Richtung bezüglich der Leitachse begrenzt oder der Abschnitt des zugrundeliegenden Rotationskörpers ist derart gewählt, dass Licht unter interner Totalreflexion ausschließlich an der durch die Basisinnenkante definierte Leitinnenfläche und an der durch die Basisaußenkante definierten Leitaußenfläche von der Lichteinkoppelfläche zu dem Lichtauskoppelabschnitt geleitet werden kann. Es erfolgt somit keine interne Totalreflexion an anderen als an den durch Rotation erzeugten Flächen. Eine Durchmischung verschiedener Winkelkomponenten der eingekoppelten Intensitätsverteilung erfolgt bei Lichtleitern in der Regel durch aufeinanderfolgende Reflexionsvorgänge an Seitenflächen, deren Ausrichtung zueinander deutlich von einer Parallelität abweicht. Die genannte Ausgestaltung der Erfindung führt somit dazu, dass die Winkelverteilung des eingekoppelten Lichts weitgehend erhalten bleibt.The base body is preferably so limited in the lateral direction with respect to the guide axis or the portion of the underlying body of revolution is selected such that light under internal total reflection exclusively at the defined by the base inner edge leading inner surface and at the defined by the base outer edge Leitaußenfläche of the light coupling surface to the Lichtauskoppelabschnitt can be. Thus, there is no total internal reflection at other than the areas generated by rotation. Mixing of various angular components of the coupled intensity distribution in the case of optical waveguides is generally effected by successive reflection processes on side surfaces whose orientation to one another deviates significantly from parallelism. The named embodiment of the invention thus leads to the fact that the angular distribution of the coupled-in light is largely retained.
Der Grundkörper muss grundsätzlich nicht als vollständiger Rotationskörper ausgebildet sein. Vielmehr ist erfindungsgemäß ein Abschnitt oder Ausschnitt bzw. Sektor eines Rotationskörpers ausreichend. Vorzugsweise ist dieser Abschnitt derart bemessen, dass er von der Leitachse aus gesehen zumindest einen Sektorwinkel überdeckt, welcher gleich oder größer ist als der doppelte Grenzwinkel der Totalreflexion nach dem Snellius-Brechungsgesetz für den Übergang aus dem Material des Grundkörpers zu Luft. Zur Platzeinsparung kann der Grundkörper daher auf eine laterale Ausdehnung beschnitten werden, wobei dennoch eine störende Reflexion an lateralen Seitenwänden vermieden werden kann. Insofern kann der Grundkörper im Wesentlichen auf denjenigen Abschnitt beschnitten werden, welcher im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung lichtdurchflutet ist. Diese Möglichkeit besteht insbesondere deswegen, da der Divergenzwinkel eines durch eine ebene Lichteinkoppelfläche in den Grundkörper eingekoppelten Lichtbündels im Innern des Grundkörpers maximal dem doppelten Grenzwinkel der Totalreflexion entsprechen kann (da dies einer Einkopplung parallel zu der Lichteinkoppelfläche entsprechen würde).The basic body does not basically have to be designed as a complete body of revolution. Rather, according to the invention a section or section or sector of a rotating body is sufficient. Preferably, this section is dimensioned such that, viewed from the guide axis, it covers at least one sector angle which is equal to or greater than twice the critical angle of total reflection according to the Snellius law of refraction for the transition from the material of the main body to air. To save space, the main body can therefore be trimmed to a lateral extent, while still a disturbing reflection on lateral side walls can be avoided. In this respect, the main body can be essentially cut to that portion which is flooded with light during operation of the lighting device. This possibility exists in particular because the divergence angle of a bundle of light coupled into the main body through a plane light input surface inside the main body can correspond at most to twice the critical angle of total reflection (since this would correspond to a coupling parallel to the light input surface).
Vorzugsweise ist die Lichteinkoppelfläche derart am Grundkörper ausgebildet, dass eine Ebene, die senkrecht zur Lichteinkoppelfläche und parallel oder entlang der Leitachse verläuft, eine Winkelhalbierende des genannten Sektorwinkels bildet.Preferably, the light incoupling surface is formed on the base body in such a way that a plane which runs perpendicular to the light incoupling surface and parallel or along the guide axis forms an angle bisector of said sector angle.
Der Sektorwinkel ist insbesondere kleiner als 180° gewählt. Der genannte Grenzwinkel der Totalreflexion αG ergibt sich aus dem Zahlenwert des Brechungsindexes n des Materials des Grundkörpers unter Zuhilfenahme des Snellius-Brechungsgesetzes aus der Bedingung n·sin(αG) = 1, wobei αG der Grenzwinkel gemessen zum Lot auf die Begrenzungsfläche im Einstrahlpunkt eines Lichtstrahles ist. Der Grenzwinkel αG liegt in der Regel zwischen 0° und 90°, z. B. für einen Glas-Luft-Übergang im Bereich von 40° bis 45°.The sector angle is chosen to be smaller than 180 °. Said critical angle of total reflection α G results from the numerical value of the refractive index n of the material of the base body with the aid of the Snell's law of refraction from the condition n · sin (α G) = 1, where α G is the critical angle measured relative to the perpendicular to the boundary surface in the Einstrahlpunkt a light beam is. The critical angle α G is usually between 0 ° and 90 °, z. B. for a glass-to-air transition in the range of 40 ° to 45 °.
Der genannte Abschnitt des Grundkörpers ist vorzugsweise als Ausschnitt bzw. Sektor des Rotationskörpers ausgebildet, d. h. in lateraler Richtung von zwei Sektorebenen begrenzt, welche parallel zur Leitachse verlaufen und miteinander den Sektorwinkel einschließen.Said portion of the base body is preferably formed as a cutout or sector of the rotary body, d. H. bounded in the lateral direction by two sector planes, which run parallel to the guide axis and enclose the sector angle with each other.
An einem evtl. Überstand des Grundkörpers über den lichtdurchfluteten Bereich können Halteabschnitte oder Befestigungsabschnitte vorgesehen sein, ohne dass die Totalreflexion an den Begrenzungsflächen und damit der Lichtverlauf im Inneren des Grundkörpers beeinträchtigt wird.At a possible supernatant of the body over the light-flooded area holding portions or mounting portions may be provided without the total reflection at the boundary surfaces and thus the light history is impaired in the interior of the body.
Die Basisinnenkante und/oder die Basisaußenkante weisen ausgehend von der Einkoppelkante vorzugsweise einen kreisbogenartigen Verlauf auf. Denkbar ist auch ein elliptischer Verlauf oder ein parabolischer Verlauf ausgehend von der Einkoppelkante. Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind jedoch nicht auf derartige Formen eingeschränkt. Vielmehr können die genannten vorteilhaften Effekte mit jeglichen Kurvenverläufen erzielt werden, welche sich ausgehend von der Einkoppelkante zu der Leitachse hin wölben.The base inner edge and / or the base outer edge, starting from the coupling edge, preferably have a circular arc-like course. Also conceivable is an elliptical course or a parabolic course starting from the coupling-in edge. However, the embodiments according to the invention are not limited to such forms. Rather, the advantageous effects mentioned can be achieved with any curve progressions which bulge outward from the coupling edge to the guide axis.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Basisinnenkante und/oder die Basisaußenkante ausgehend von der Einkoppelkante einen gewellten Verlauf auf, d. h. einen Verlauf mit zumindest einem Wechsel der Wölbungsrichtung entlang der Erstreckung der Kante. Die Basisinnenkante und/oder die Basisaußenkante sind vorzugsweise derart gewählt, dass die durch Rotation der Kanten gebildete Leitinnenfläche und/oder Leitaußenfläche wenigstens einen (z. B. lokalen) Extremalpunkt mit minimalem Abstand von der Leitachse aufweisen. Zusätzlich kann ein Extremalpunkt mit maximalem Abstand von der Leitachse vorgesehen sein. Im Bereich eines Extremalpunkts mit minimalem Abstand kann der Grundkörper eine Einschnürung bezüglich seiner lateralen Ausdehnung in Bezug auf die Leitachse aufweisen. Dies ist aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung des Lichtleitelements möglich, ohne dass in unerwünschter Weise eine Lichtauskopplung durch eine Seitenfläche des Lichtleiters erfolgt. Dieses Problem besteht bei konventionellen Lichtleitern im Falle einer Einschnürung, da dort lokal der Grenzwinkel der Totalreflexion in Bezug auf ein lokales Lot zur Seitenfläche überschritten sein kann.According to a further aspect of the invention, the base inner edge and / or the base outer edge, starting from the coupling edge on a wavy course, ie a course with at least one change of the buckling direction along the extension of the edge. The base inner edge and / or the base outer edge are preferably selected such that the guide inner surface and / or outer guide surface formed by rotation of the edges have at least one (eg local) extreme point with a minimum distance from the guide axis. In addition, an extreme point can be provided with a maximum distance from the leading axis. In the region of an extreme point with a minimum distance, the base body may have a constriction with regard to its lateral extent with respect to the guide axis. This is possible due to the inventive design of the light guide, without undesirably a light extraction takes place through a side surface of the light guide. This problem exists with conventional light guides in the case of a constriction, since locally there the limit angle of total reflection with respect to a local solder to the side surface can be exceeded.
Die Leitinnenfläche und die Leitaußenfläche können sich ausgehend von der Lichteinkoppelfläche im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Insofern können die Basisinnenkante und die Basisaußenkante im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.The guide inner surface and the outer guide surface may extend substantially parallel to each other, starting from the light coupling surface. In this respect, the base inner edge and the base outer edge may be substantially parallel to each other.
Die Basisinnenkante und die Basisaußenkante (und somit die Leitinnenfläche und die Leitaußenfläche) laufen in ihrem Verlauf ausgehend von der Einkoppelkante (bzw. die Flächen in ihrem Verlauf ausgehend von der Lichteinkoppelfläche) auseinander. Dies führt dazu, dass die in dem Grundkörper verlaufenden Lichtstrahlen um eine Mittelfaser (oder um eine zwischen Leitinnenfläche und Leitaußenfläche verlaufende Mittelfaserfläche) kollimiert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass aufgrund des bezüglich der Mittelfaser (bzw. der Mittelfaserebene) auseinander laufenden Verlaufs ein reflektierter Lichtstrahl nach Reflexion einen geringeren Winkel zur Mittelfaser (bzw. zur Mittelfaserebene) einschließt, als vor der Reflexion. Insbesondere ist der Grundkörper derart ausgebildet, dass sich der Lichtleitquerschnitt im Verlauf von der Lichteinkoppelfläche zu dem Lichtauskoppelabschnitt vergrößert.The base inner edge and the base outer edge (and thus the leading inner surface and the outer guide surface) run in their course, starting from the coupling edge (or the surfaces in their course, starting from the light input surface) apart. As a result, the light rays running in the main body are collimated around a middle fiber (or around a middle fiber surface running between the inner surface of the guide and the outer surface of the outer surface). This is due to the fact that due to the diverging with respect to the middle fiber (or the center fiber plane) course, a reflected light beam after reflection at a lower angle to the center fiber (or to the center fiber plane) includes, as before the reflection. In particular, the base body is designed such that the light guide cross section increases in the course of the light input surface to the light extraction section.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Basisinnenkante und die Basisaußenkante (bzw. die von ihnen definierten Flächen) in ihrem Verlauf ausgehend von der Einkoppelkante (bzw. ausgehend von der Lichteinkoppelfläche) zusammenlaufen.However, it is also conceivable that the base inner edge and the base outer edge (or the surfaces defined by them) converge in their course starting from the coupling edge (or starting from the light coupling surface).
Der Lichtauskoppelabschnitt des Grundkörpers umfasst vorzugsweise eine Lichtauskoppelfläche. Der Lichtauskoppelabschnitt kann jedoch auch von einer Lichtauskoppelfläche des Grundkörpers gebildet sein. Diese Lichtauskoppelfläche erstreckt kann sich z. B. senkrecht zu der Leitachse erstrecken. Beispielsweise verläuft die Lichtauskoppelfläche in einem Extremalpunkt der den Grundkörper begrenzenden Leitaußenfläche, welche wie erläutert zumindest abschnittsweise durch Rotation der Basisaußenkante um die Leitachse definiert ist. Bei dieser Ausgestaltung verlaufen die in dem Grundkörper geführten Lichtstrahlen bei Austritt durch die Lichtauskoppelfläche weitgehend parallel zur Leitachse. Im Falle einer kreisbogenartig verlaufenden Basisaußenkante und/oder Basisinnenkante kann die Lichtauskoppelfläche vorzugsweise am Äquator der so gebildeten Kugelschale angeordnet sein.The light extraction section of the main body preferably comprises a light output surface. However, the light extraction section may also be formed by a light output surface of the main body. This light output surface may extend z. B. extend perpendicular to the master axis. For example, the light outcoupling surface extends in an extremal point of the main body defining the outer guide surface, which is as described at least partially defined by rotation of the base outer edge about the guide axis. In this embodiment, the light beams guided in the base body, when exiting through the light outcoupling surface, are largely parallel to the guide axis. In the case of a circular arc-like base outer edge and / or base inner edge, the light outcoupling surface may preferably be arranged at the equator of the spherical shell thus formed.
Denkbar ist jedoch auch, dass sich die genannte Lichtauskoppelfläche gekrümmt erstreckt, beispielsweise mit Krümmung um eine senkrecht zur Leitachse orientierten Achse. Eine solche Lichtauskoppelfläche kann zur Auskopplung von Lichtbündeln mit einer kontrollierten Divergenz führen.However, it is also conceivable that said light output surface extends curved, for example, with curvature about an axis oriented perpendicular to the guide axis. Such a light output surface can lead to the coupling of light bundles with a controlled divergence.
Vorteilhaft kann auch sein, wenn die Lichtauskoppelfläche mehrere ebene Abschnitte aufweist, welche ggf. in Knickkanten aneinander stoßen. Die ebenen Abschnitte können jeweils unterschiedliche Winkel zur Leitachse einnehmen.It can also be advantageous if the light output surface has a plurality of planar sections which, if necessary, abut against one another in bent edges. The flat sections can each occupy different angles to the leading axis.
Insgesamt lässt sich durch geeignete Ausgestaltung der Lichtauskoppelfläche eine gewünschte Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung realisieren, in welche die durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppelte von dem Leuchtmittel erzeugte Lichtverteilung umgeformt wird.Overall, by suitable design of the light output surface, a desired emission light distribution of the illumination device can be realized, into which the light distribution generated by the light source coupled in by the light coupling surface is transformed.
Nach einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Basisinnenkante und die Basisaußenkante ausgehend von der Einkoppelkante gewölbt und laufen zu der Leitachse zurück. Vorzugsweise ist die Rotationsbasisfläche zusätzlich von einer Auskoppelkante begrenzt, welche auf der Leitachse verläuft und welche vorzugsweise in einer Lichtaustrittsfläche des Grundkörpers verläuft.According to a possible embodiment of the invention, the base inner edge and the base outer edge extend curved starting from the coupling edge and run back to the guide axis. Preferably, the rotation base surface is additionally bounded by a decoupling edge, which extends on the guide axis and which preferably extends in a light exit surface of the base body.
Insbesondere ist der Grundkörper sowie die erzeugende Rotationsbasisfläche derart ausgebildet, dass die Leitachse den Grundkörper bzw. die Rotationsbasisfläche nur in der Lichteinkoppelfläche berührt oder schneidet (und ansonsten den Grundkörper außer in einer optional vorgesehenen Auskoppelkante bzw. einer diese enthaltenden Lichtaustrittsfläche nicht schneidet).In particular, the main body and the generating rotational base surface are formed such that the leading axis touches or cuts the main body or the rotational base surface only in the light incoupling surface (and otherwise does not cut the main body except in an optionally provided decoupling edge or a light exit surface containing same).
Der Grundkörper weist vorzugsweise stetige und knickfreie Begrenzungsflächen auf. Insbesondere ist die ebene Rotationsbasisfläche von knickfreien Kanten (Basisinnenkante und/oder Basisaußenkante sowie Einkoppelkante) begrenzt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Basisinnenkante und/oder die Basisaußenkante einen in mathematischem Sinne stetig differenzierbaren Verlauf mit zumindest abschnittsweise nicht verschwindender Krümmung zur Leitachse hin auf.The main body preferably has continuous and kink-free boundary surfaces. In particular, the plane rotation base surface of kink-free edges (base inner edge and / or base outer edge and Einkoppelkante) is limited. According to a preferred embodiment, the base inner edge and / or the base outer edge on a mathematically continuous differentiable course with at least partially non-vanishing curvature to the leading axis out.
Denkbar ist jedoch auch, dass die Basisinnenkante und/oder die Basisaußenkante abschnittsweise einen geraden Verlauf aufweisen. Der durch Rotation einer derartigen Rotationsbasisfläche gebildete Rotationskörper weist dann an seiner Oberfläche Kegelflächenabschnitte auf. Stoßen beispielsweise zwei gerade Abschnitte der Basisinnenkante (und entsprechend für die Basisaußenkante) mit unterschiedlicher Steigung aneinander, so führt dies zu einem Knick in der jeweiligen Oberfläche des Grundkörpers bei Blick entlang der Leitachse.It is also conceivable, however, for the base inner edge and / or the base outer edge to have a straight course in sections. The rotation body formed by rotation of such a rotation base surface then has conical surface portions on its surface. If, for example, two straight sections of the base inner edge abut each other (and correspondingly for the base outer edge) with different pitches, this leads to a kink in the respective surface of the main body when viewed along the guide shaft.
Das Leuchtmittel der Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das abstrahlbare Licht durch die Lichteinkoppelfläche in den Grundkörper tritt. Vorzugsweise ist das Leuchtmittel im Bereich der Lichteinkoppelfläche angeordnet. Beispielsweise hat das Leuchtmittel eine Lichtabstrahlfläche, welche der Lichteinkoppelfläche des Grundkörpers gegenüberliegt und einen Verlauf parallel zu dieser aufweist. Insbesondere ist eine ebene Lichtabstrahlfläche vorteilhaft, wie sie beispielsweise bei einer Leuchtdiode üblich ist. The luminous means of the illumination device is preferably arranged such that the radiatable light passes through the light coupling surface into the base body. The light-emitting means is preferably arranged in the region of the light-incoupling surface. By way of example, the luminous means has a light emission surface which lies opposite the light coupling surface of the base body and has a profile parallel to it. In particular, a flat light emitting surface is advantageous, as is customary for example in a light emitting diode.
Die Lichteinkoppelfläche des Grundkörpers ist vorzugsweise eben. Denkbar ist jedoch auch ein konvexer Verlauf, oder aber ein konkaver, sich vorzugsweise um das Leuchtmittel wölbender Verlauf.The light input surface of the main body is preferably flat. It is also conceivable, however, a convex course, or a concave, preferably arched around the bulb course.
Zur weiteren Ausgestaltung kann der Grundkörper mehrere Leitabschnitte aufweisen, wobei jeder Leitabschnitt wiederum als Abschnitt eines Rotationskörpers einer insbesondere ebenen Rotationsbasisfläche um die Leitachse ausgebildet ist. Die Leitabschnitte laufen in einer gemeinsamen Lichteinkoppelfläche des Grundkörpers zusammen. Vorzugsweise sind sämtliche Rotationsbasisteilflächen durch eine gemeinsame, auf der Leitachse verlaufende Einkoppelkante begrenzt. Die verschiedenen Rotationsbasisteilflächen können aber unterschiedlich verlaufende Basisinnenkanten und/oder Basisaußenkanten aufweisen. Jeweils nebeneinander verlaufende Leitabschnitte des Grundkörpers schließen sich vorzugsweise entlang einer sich parallel zur Leitachse erstreckenden Kontaktebene, insbesondere einstückig, aneinander an. Jeder Leitabschnitt kann einen separaten Lichtauskoppelteilabschnitt aufweisen. Dadurch lassen sich auch komplexe Abstrahllichtverteilungen der Beleuchtungseinrichtung realisieren.For a further embodiment, the main body can have a plurality of guide sections, each guide section in turn being designed as a section of a rotational body of a particularly planar base surface of rotation about the guide axis. The guide sections converge in a common light input surface of the main body. Preferably, all Rotationsbasisteilflächen are limited by a common, extending on the leading axis coupling edge. However, the various rotational base part surfaces may have differently extending base inner edges and / or base outer edges. Adjacent guide sections of the main body preferably adjoin one another along a contact plane extending parallel to the guide axis, in particular in one piece. Each guide section may have a separate Lichtauskoppelteilabschnitt. As a result, even complex Abstrahllichtverteilungen the lighting device can be realized.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.Further details and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description, with reference to which the embodiments of the invention shown in the figures are described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following description as well as in the figures, the same reference numerals are used for identical or corresponding features.
Die
Das Lichtleitelement
Der Grundkörper
Das Leuchtmittel
Die
Die Basisinnenkante
Da sich sowohl die Basisinnenkante
Der Grundkörper
Die Einkoppelkante
In den
Die Rotationsbasisfläche
Dieser Aspekt ist in
Wie aus
Aus der Darstellung der
Die
Dieser Sektorwinkel μ kann gleich oder geringfügig größer als der doppelte Grenzwinkel der Totalreflexion für den Übergang von Licht durch eine Grenzfläche zwischen dem Material, aus welchem der Grundkörper
Der Verlauf der Basisinnenkante
Beispielsweise zeigt
Bei der in den
In dem in
Aus der Darstellung gemäß
In den
Durch Rotation einer derartig begrenzten Rotationsbasisfläche
Die
Ausgehend von der Einkoppelkante
Im dargestellten Beispiel ist jeder Leitabschnitt
Bei den in den
Anhand von
Die Lichtauskoppelfläche
Die in der
Alternativ ist in
Vorteilhaft kann auch sein, wenn die Lichtauskoppelfläche als Schnitt des Grundkörpers
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt zur Ausgestaltung der Lichtleitelemente für erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen wird anhand von
Durch Rotation einer derartig berandeten Rotationsbasisfläche wird ein Lichtleitelement
Zur weiteren Ausgestaltung der Lichtleitelemente
In den
Die
Eine weitere Ausgestaltung eines Auskoppelelements
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