DE102017114476A1

DE102017114476A1 - Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017114476A1
Application number: DE102017114476.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gebauer
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: DE102017114476B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs. Diese umfasst eine Lichtquelle (18), ein optisches System (24) zum Kollimieren des ausgesandten Lichts (22), einen transparenten Körper (32), in den das kollimierte Licht (22) über eine Lichteintrittsfläche (34) eintritt und über eine Lichtaustrittsfläche (38) austritt, und ein optisches Element (42), in das das Licht (36) aus dem transparenten Körper (32) über eine Lichteintrittsfläche (44) eintritt und über eine Lichtaustrittsfläche (48) wieder austritt. Es wird vorgeschlagen, dass auf mindestens einer der Lichtdurchtrittsflächen (34, 38) des transparenten Körpers (32) eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des aus dem transparenten Körper (32) austretenden Lichts (36) und für ein möglichst homogenes Erscheinungsbild der ausgeleuchteten Lichtaustrittsfläche (48) des optischen Elements (42) sorgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht, mindestens ein optisches System zum Kollimieren oder Parallelisieren des ausgesandten Lichts, mindestens einen transparenten Körper, in den das kollimierte bzw. parallelisierte Licht über eine Lichteintrittsfläche eintritt und aus dem das eingetretene Licht über eine Lichtaustrittsfläche wieder austritt, wobei die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche Lichtdurchtrittsflächen des mindestens einen transparenten Körpers darstellen, und mindestens ein optisches Element, in das das Licht aus dem mindestens einen transparenten Körper über eine Lichteintrittsfläche eintritt und aus dem das eingetretene Licht über eine Lichtaustrittsfläche wieder austritt. Das über die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements ausgetretene Licht dient zur Erzeugung einer Signallichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung.
Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist bspw. aus der EP 2 372 234 A2 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, auf eine Lichtaustrittsfläche des mindestens einen optischen Elements diskrete Streuoptiken, bspw. in Form von Kissenoptiken, vorzusehen, um eine vertikale Streuung des austretenden Lichts für eine zu erfüllende Signallichtfunktion zu generieren. Die Signallichtfunktion kann bspw. ein Positionslicht, ein Stand- oder Begrenzungslicht, ein Tagfahrlicht, ein Blinklicht, ein Rücklicht, ein Bremslicht, ein Rückfahrlicht o.ä. sein. Der Einsatz von Streuoptiken führt jedoch bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung zu relativ großen lokalen Helligkeitsunterschieden im Bereich der Lichtaustrittsfläche. Diese wird nicht besonders homogen ausgeleuchtet und weist je nach Art, Ausgestaltung und Anordnung der Streuoptiken eine charakteristische Hell-Dunkel-Struktur auf. Eine Kissenstruktur weist bspw. typischerweise über einen gewissen Blickwinkelbereich Punktstrukturen auf, wobei jede Kissenoptik einen beleuchteten Punkt erzeugt. Die Bereiche zwischen den Streuoptiken sind deutlich dunkler, wenn keine speziellen Maßnahmen zur Aufhellung dieser Bereiche ergriffen werden.
Eine ähnliche Beleuchtungseinrichtung in Form einer Kraftfahrzeugsignalleuchte ist bspw. aus der DE 10 2011 076 621 A1 bekannt. Die Leuchte kann zur Realisierung einer beliebigen Signallichtfunktion dienen. Bei der bekannten Leuchte sind Designflächen, die nicht zur Erzeugung der Signallichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung beitragen, sondern lediglich dazu dienen, das äußere Erscheinungsbild der eingeschalteten Leuchte zu beeinflussen, mit einer mattierten Scheibe versehen, so dass sich eine besonders homogen leuchtende Fläche auf der Außenseite der mattierten Scheibe ergibt.
Ein Unterschied zwischen Streuoptiken und einer Mattierung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere darin gesehen, dass Streuoptiken genau definierte Formen (z.B. prismenförmig, zylinderförmig, etc.) und Abmessungen (z.B. Grundfläche, Höhe, Abstand zu benachbarten Streuoptiken, etc.) haben und an genau definierten Positionen auf einer Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche angeordnet werden, um eine zuvor genau berechnete kontrollierte Streuung des hindurchtretenden Lichts zu realisieren. Dies gilt selbst für sehr kleine Strukturen mit Abmessungen der Grundfläche im Millimeterbereich und einer Höhe der Streuoptiken im Millimeter- oder gar Mikrometerbereich (sog. Mikrostrukturen). Im Gegensatz dazu handelt es sich bei einer Mattierung um eine eher nach einem zufälligen Muster auf eine Lichteintritts- oder Lichtaustrittsfläche aufgebrachte Streustruktur, die zu einer zufälligen Streuung des hindurchtretenden Lichts führt.
Ferner ist es aus der DE 10 2013 227 195 A1 bekannt, eine Linse vor einem Lichtleiter mit Prismenauskopplung anzuordnen. Aus der DE 10 2015 218 134 ist es bekannt, einen Lichtleiter in einen Reflektorschacht einzusetzen.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, gleichmäßig leuchtende Lichtaustrittsflächen des mindestens einen optischen Elements der Beleuchtungseinrichtung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird ausgehend bei der Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf mindestens einer der Lichtdurchtrittsflächen des transparenten Körpers eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des aus dem transparenten Körper austretenden Lichts und für ein möglichst homogenes Erscheinungsbild der ausgeleuchteten Lichtaustrittsfläche des optischen Elements sorgt.
Die Helligkeitsschwankungen auf der mindestens einen Lichtaustrittsfläche des mindestens einen optischen Elements sind aufgrund der Mattierung zumindest einer der Lichtdurchtrittsflächen deutlich geringer als bei Verwendung von Streuoptiken. Insofern bedeutetet die vorliegenden Erfindung bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, selbst wenn - insbesondere in dem Fall, dass nur eine der beiden Lichtdurchtrittsflächen mit einer Mattierung versehen ist - geringe Helligkeitsschwankungen mit dem menschlichen Auge noch erkennbar sein können. Ein langsamer, kontinuierlicher Helligkeitsverlauf mit Helligkeitsänderungen von weniger als 50% wird vom menschlichen Auge kaum noch als solcher wahrgenommen. Bei Anordnung einer Mattierung auf beiden Lichtdurchtrittsflächen des transparenten Körpers können Helligkeitsänderungen von weniger als 50% erreicht werden. Im Prinzip werden die Helligkeitsschwankungen dabei so verwaschen, dass die Helligkeitsänderungen für das menschliche Auge nicht mehr sichtbar sind.
Um eine weitere Homogenisierung des aus der Lichtaustrittsfläche des mindestens einen optischen Elements zu realisieren, wird vorgeschlagen, dass zusätzlich auf die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des durch das optische Element hindurchtretenden Lichts sorgt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine optische System zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts mindestens einen Reflektorschacht umfasst, der jeweils eine Längserstreckung ausgehend von mindestens einer von mehreren Lichtquellen zu dem mindestens einen transparenten Körper aufweist, und der jeweils seitliche Reflexionsflächen aufweist, die sich in einem Horizontalschnitt betrachtet ausgehend von der mindestens einen Lichtquelle entlang der Längserstreckung erweitern. In einem Vertikalschnitt können sie sich ausgehend von der mindestens einen Lichtquelle entlang der Längserstreckung verengen oder erweitern oder parallel zueinander verlaufen. In dem Vertikalschnitt erfolgt eine Bündelung der Lichtstrahlen insbesondere durch die im Vertikalschnitt gewölbte Lichtaustrittsfläche des transparenten Körpers. Insofern kann auf eine zusätzliche Bündelung der Lichtstrahlen im Vertikalschnitt durch die Reflexionsflächen des Reflektorschachts eigentlich verzichtet werden. Eine Bündelung der Lichtstrahlen durch den Reflektorschacht wird durch in der Längserstreckung auseinander laufende Reflexionsflächen erzielt. Durch entlang der Längserstreckung des Reflektorschachts parallel zueinander verlaufende Reflexionsflächen wird keine Bündelung des Lichts erzielt. Durch im Vertikalschnitt aufeinander zulaufende Reflexionsflächen wird sogar eine (leichte) Streuung des Lichts im Vertikalschnitt erzielt, die jedoch durch die Wölbung der Lichtaustrittsfläche des transparenten Körpers wieder kompensiert bzw. sogar in eine Bündelung der Lichtstrahlen im Vertikalschnitt umgewandelt werden kann.
Das von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandte Licht wird in den Reflektorschacht eingekoppelt, wo es in einer Horizontalebene gebündelt, aber in einer Vertikalebene eher gestreut wird. Die Bündelung in der Vertikalebene kann dann später im Strahlengang, insbesondere in dem nachgeordneten transparenten Körper und/oder in dem optischen Element stattfinden. Die Reflexionsflächen sind vorzugsweise verspiegelt und entweder glänzend oder leicht mattiert. Mehrere dieser Reflektorschachte im Horizontalschnitt können entlang einer gewünschten Leuchtenkontur aneinander gereiht werden. Auf diese Weise können auch gekrümmte, gebogene oder sogar runde bzw. ovale Leuchtenkonturen realisiert werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine optische System zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts mindestens eine Lichtleiterplatte umfasst, die eine Längserstreckung von der mindestens einen Lichtquellen zu dem mindestens einen transparenten Körper aufweist, wobei die Lichtleiterplatte quer zu der Längserstreckung in einem Horizontalschnitt eine größere Erstreckung aufweist als in einem Vertikalschnitt. Außerdem weist die Lichtleiterplatte eine der mindestens einen Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche und eine dieser gegenüberliegende, der Lichteintrittsfläche des mindestens einen transparenten Körpers zugewandte Lichtaustrittsfläche und seitliche Grenzflächen auf, welche die Lichteintrittsfläche mit der Lichtaustrittsfläche verbinden und welche unterhalb eines Grenzwinkels auf die Grenzflächen auftreffende Lichtstrahlen mittels Totalreflexion reflektieren. Die mindestens eine Lichtquelle ist vor einer Stirnseite der Lichtleiterplatte angeordnet, wobei die Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle in Richtung der Stirnfläche gerichtet ist, so dass das ausgesandte Licht über die Stirnfläche in die Lichtleiterplatte eintritt. Dort propagiert das Licht mittels Totalreflexion an den seitlichen Grenzflächen durch die Lichtleiterplatte entlang ihrer Längserstreckung. Gegenüberliegende Grenzflächen des transparenten Körpers können parallel zueinander oder aber schräg zueinander verlaufen. Auf einer der Stirnfläche, über die das Licht eingetreten ist, gegenüberliegenden Stirnfläche tritt das Licht dann wieder aus der Lichtleiterplatte aus.
Vorteilhafterweise weist die mindestens eine Lichtleiterplatte in dem Horizontalschnitt betrachtet eine gestufte Lichtaustrittsfläche auf. Vorzugsweise laufen die seitlichen Grenzflächen der mindestens einen Lichtleiterplatte in dem Horizontalschnitt betrachtet in einem hinteren Abschnitt der jeweiligen Lichtleiterplatte auf die der jeweiligen Lichtleiterplatte zugeordnete mindestens eine Lichtquelle zu. Ausgehend von der Lichteintrittsfläche einer jeden Lichtleiterplatte wird diese in dem Horizontalschnitt also in Lichtausbreitungsrichtung breiter.
Das aus dem Reflektorschacht oder der Lichtleiterplatte ausgetretene Licht tritt vorzugsweise vollständig über die Lichteintrittsfläche des transparenten Körpers in diesen ein. Dies kann bspw. dadurch realisiert werden, dass die Lichtleiterplatte ebenfalls in einem Reflektorschacht angeordnet ist und eine Lichtaustrittsöffnung des Reflektorschachts lichtdicht mit der Lichteintrittsfläche des transparenten Körpers verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine transparente Körper eine Zwischenscheibe aus einem transparenten Glas- oder Kunststoffmaterial umfasst, die eine Längserstreckung quer zu einer Längserstreckung des mindestens einen optischen Systems aufweist. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass sich die Zwischenscheibe in einem Horizontalschnitt betrachtet entlang der Lichtaustrittsöffnung(en) des mindestens einen Reflektorschachts erstreckt.
Vorteilhafterweise sind die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche des mindestens einen transparenten Körpers auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenscheibe ausgebildet. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass sich die Lichteintrittsfläche der Zwischenscheibe in einem Horizontalschnitt betrachtet entlang der Lichtaustrittsöffnung(en) des mindestens einen Reflektorschachts erstreckt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine optische Element als eine Zylinderlinse ausgebildet ist, die eine Längserstreckung quer zu einer Längserstreckung des mindestens einen optischen Systems aufweist. Die Längserstreckung der Zylinderlinse verläuft vorzugsweise parallel zu der Längserstreckung des transparenten Körpers bzw. der Zwischenscheibe. Vorteilhafterweise sind die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche des mindestens einen optischen Elements auf gegenüberliegenden Seiten der Zylinderlinse ausgebildet. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass sich die Lichteintrittsfläche der Zylinderlinse in einem Horizontalschnitt betrachtet entlang der Lichtaustrittsfläche(n) des mindestens einen transparenten Körpers erstreckt. Die Lichtaustrittsfläche der Zylinderlinse hat in einem Vertikalschnitt betrachtet ein konvex gewölbtes, rundes oder elliptisches Profil. Die Lichteintrittsfläche der Zylinderlinse kann in einem Vertikalschnitt betrachtet eben oder leicht konvex gewölbt ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist, wenn ein Radius der konvex gewölbten Lichtaustrittsfläche kleiner ist (die Fläche also stärker gekrümmt ist) als ein Radius einer konvex gewölbten Lichteintrittsfläche.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass auf der Lichteintrittsfläche und/oder der Lichtaustrittsfläche der Zylinderlinse eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des durch die Zylinderlinse hindurchtretenden Lichts sorgt, um für ein möglichst homogen ausgeleuchtetes Erscheinungsbild der Lichtaustrittsfläche der Zylinderlinse zu sorgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine transparente Körper bzw. die Zwischenscheibe und das mindestens eine optische Element bzw. die Zylinderlinse als einziges integrales Bauteil einteilig ausgebildet sind. In diesem Fall ist also zwischen der Lichtaustrittsfläche des transparenten Körpers und der Lichteintrittsfläche des optischen Elements kein Luftspalt vorhanden. Vielmehr gehen der transparente Körper und das optische Element im Bereich dieser Flächen ineinander über. Für eine mögliche Mattierung verbleiben somit lediglich noch die Lichteintrittsfläche des transparenten Körpers und die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements.
Ferner wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Lichtdurchtrittsfläche des mindestens einen transparenten Körpers mit Streuoptiken versehen ist, die eine genau definierte Oberflächenstruktur realisieren und die für eine definierte Streuung des hindurchtretenden Lichts sorgen. Auf der Oberfläche der Streuoptiken bzw. der entsprechenden mit Streuoptiken versehenen Lichtdurchtrittsfläche kann zusätzlich noch die Mattierung aufgebracht sein. Die Streuoptiken können als Kissen- oder Zylinderstrukturen ausgebildet sein, vorzugsweise jeweils mit Abmessungen einer Grundfläche im Millimeterbereich und einer Höhe der Streuoptiken im Mikrometerbereich.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Streuoptiken auf eine dünne Folie aufgebracht sind. Die Folie kann aus einem transparenten Material bestehen und den transparenten Körper selbst bilden. Oder aber die Folie ist auf der mindestens einen Lichtdurchtrittsfläche eines separaten transparenten Körpers befestigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine optische System zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts mindestens einen Reflektor umfasst, der zumindest in einem Horizontalschnitt eine Parabelform aufweist, wobei die mindestens eine Lichtquelle im Bereich eines Brennpunkts des mindestens einen Reflektors angeordnet ist. Auch in einem Vertikalschnitt kann der mindestens eine Reflektor eine Parabelform aufweisen, so dass der Reflektor insgesamt die Form eines Paraboloiden hat. Es ist denkbar in einem Horizontalschnitt betrachtet mehrere Reflektoren nebeneinander entlang der Längserstreckung des mindestens einen transparenten Körpers und entlang der Lichteintrittsfläche des mindestens einen transparenten Körpers anzuordnen, so dass die gesamte Lichteintrittsfläche mit kollimiertem Licht von den Reflektoren beaufschlagt werden kann.
Gemäß noch einer anderen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine optische Element eine komplexe dreidimensionale Form aufweist, wobei das mindestens eine optische Element in einem Horizontalschnitt und/oder in einem Vertikalschnitt betrachtet mehrere diskrete Abschnitte aufweist, die zusammen das komplexe dreidimensionale optische Element bilden, und zwischen diesen Abschnitten auf einer Lichtaustrittsfläche des mindestens einen transparenten Körpers lichtundurchlässige Blendenelemente vorgesehen sind, um einen Lichtaustritt aus dem mindestens einen transparenten Körper in einen Bereich zwischen den Abschnitten zu verhindern. Vorzugsweise sind die Blendenelemente zusammen mit dem mindestens einen transparenten Körper in einem sog. 2K (Zweikomponenten)-Spritzgussverfahren hergestellt. Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Blendenelemente eine dunkle, vorzugsweise schwarze Beschichtung umfassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Figuren gezeigten Merkmale können auch einzeln von Bedeutung für die vorliegende Erfindung sein oder aber in anderen Kombinationen als in den Ausführungsbeispielen gezeigt vorhanden sein. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 einen Vertikalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
3 einen Horizontalschnitt durch die Leuchteneinheit aus 2;
4 einen Vertikalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
5 einen Vertikalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
6 eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, umfassend einen Reflektorschacht, einen schmalen Lichtleiter und eine Linse;
7 eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, umfassend einen Reflektorschacht und eine Linse;
8 eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, umfassend einen Reflektorschacht, eine gestufte Lichtleiterplatte und eine Linse;
9 eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, umfassend eine gestufte Lichtleiterplatte, einen schmalen Lichtleiter und eine Linse;
10 einen Vertikalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
11 einen Horizontalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
12 einen Horizontalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
13 eine perspektivische Ansicht einer Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
14 eine Visualisierung eines beleuchteten optischen Elements der Leuchteneinheit aus 13;
15 einen Horizontalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
16 einen Horizontalschnitt durch eine Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
17 einen Ausschnitt der Leuchteneinheit aus 13;
18 eine perspektivische Ansicht der Leuchteneinheit aus 13;
19 eine perspektivische Ansicht von vorne einer Leuchteneinheit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
20 eine perspektivische Ansicht von hinten der Leuchteneinheit aus 19;
21 einen Vertikalschnitt durch die Leuchteneinheit aus 19;
22 eine Lichtverteilung der Leuchteneinheit aus 19 auf einem Messschirm; und
23 eine Visualisierung eines beleuchteten optischen Elements der Leuchteneinheit aus 19.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 2 ist in diesem Beispiel als eine Kraftfahrzeugleuchte ausgebildet, die an einer geeigneten Stelle in der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 2 könnte jedoch auch Teil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers sein. Sie umfasst ein Gehäuse 4, das vorzugsweise aus einem lichtundurchlässigen Kunststoffmaterial gefertigt ist. In einer Lichtaustrittsrichtung 6 weist das Gehäuse 4 eine Lichtaustrittsöffnung 8 auf, die mittels einer transparenten Abdeckscheibe 10 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 10 ist bspw. aus Kunststoff oder Glas gefertigt. Sie kann mit oder ohne optisch wirksame Elemente zur Streuung des hindurchtretenden Lichts ausgebildet sein. Im Inneren der Beleuchtungseinrichtung 2 ist eine Leuchteneinheit zu erkennen, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist und die in diesem Beispiel eine ringförmige Form aufweist. Dabei ist in diesem Beispiel die Form der Leuchteneinheit 12 an die Kontur des Gehäuses 4 im Bereich der Lichtaustrittsöffnung 8 angepasst. Selbstverständlich kann sich die Leuchteneinheit 12 auch nur entlang eines Teils der Austrittsöffnung 8 erstrecken, bspw. entlang eines unteren oder oberen Rands und/oder entlang einem oder beiden Seitenrändern der Austrittsöffnung 8. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 2 erlaubt es, die Form der Leuchteneinheit 12 nahezu beliebig zu variieren.
Die Leuchteneinheit 12 ist zur Realisierung einer Signallichtfunktion ausgebildet und sendet dementsprechend Licht zur Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen an diese Signallichtfunktion in der Lichtaustrittsrichtung 6 aus. Die Signallichtfunktion kann bspw. ein Positionslicht, ein Stand- oder Begrenzungslicht, ein Tagfahrlicht, ein Blinklicht, ein Rücklicht, ein Bremslicht, ein Rückfahrlicht o.ä. sein. Im Inneren des Gehäuses 4, insbesondere im Inneren der ringförmigen Leuchteneinheit 12, können weitere Lichtmodule der Beleuchtungseinrichtung 2 angeordnet sein, die lediglich symbolisch durch einen Kreis 16 gezeigt sind. Die weiteren Lichtmodule können ebenfalls zur Realisierung einer Signallichtfunktion ausgebildet sein. Alternativ wäre es aber auch denkbar, bspw. wenn die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 2 Teil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ist, dass die weiteren Lichtmodule zur Realisierung einer oder mehrerer Scheinwerferfunktionen ausgebildet sind. Die Scheinwerferfunktion kann bspw. ein Abblendlicht, ein Fernlicht, ein Kurvenlicht, eine beliebige dynamische Scheinwerferfunktion (Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht, etc.), ein Nebellicht o.ä. sein.
Ziel der Erfindung ist es insbesondere, Maßnahmen vorzuschlagen, damit eine Lichtaustrittsfläche 14 der Leuchteneinheit 12 möglichst gleichmäßig leuchtet. Dieses Ziel kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren im Detail erläutert werden.
In 2 ist ein Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Leuchteneinheit 12 als Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung 2 gezeigt. Die Leuchteinheit 12 umfasst mindestens eine Lichtquelle 18 zum Aussenden von Licht. Die Lichtquelle 18 ist vorzugsweise als eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere als eine LED ausgebildet. Diese sendet Licht 22 in einer Hauptabstrahlrichtung 20 in einen 180°-Halbraum aus.
Ferner umfasst die Leuchteneinheit 12 mindestens ein optisches System 24 zum Kollimieren oder Parallelisieren des ausgesandten Lichts 22 zumindest in einer Horizontalebene (vgl. 3). In dem gezeigten Beispiel umfasst das optische System 24 einen Reflektorschacht 26 (2) bzw. zwei in der Horizontalebene nebeneinander angeordnete Reflektorschächte 26 (3). Jeder Reflektorschacht 26 weist ausgehend von der mindestens einen Lichtquelle 18 im Wesentlichen in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20 der Lichtquelle 18 eine Längserstreckung auf. Jeder Reflektorschacht 26 weist in dem Vertikalschnitt der 2 zwei schräge Begrenzungsflächen 28 auf, die ausgehend von dem der Lichtquelle 18 zugewandten Ende des Reflektorschachts 26 entlang der Längserstreckung aufeinander zulaufen. Dies führt zu einer Streuung des darin propagierten Lichts 22 in dem Vertikalschnitt. Je größer die Streuung des Lichts 22 ist, desto homogener kann die Lichtaustrittsfläche der Leuchteneinheit 12 ausgeleuchtet werden. Eine Bündelung des Lichts 22 in dem Vertikalschnitt kann durch im Strahlengang nachgeordnete optische Bauteile realisiert werden. Ferner weist jeder Reflektorschacht 26 in einem Horizontalschnitt (vgl. 3) zwei schräge Begrenzungsflächen 30 auf, die ausgehend von dem der Lichtquelle 18 zugewandten Ende des Reflektorschachts 26 entlang der Längserstreckung auseinander laufen. Dies führt zu einer Bündelung des darin propagierten Lichts 22 in dem Horizontalschnitt. Die Begrenzungsflächen 28, 30 sind vorzugsweise verspiegelt (mit einer spiegelnden Beschichtung versehen oder aus einem Material mit spiegelnden Eigenschaften gefertigt) und entweder glänzend oder leicht mattiert ausgebildet.
Falls mehrere LEDs 18 pro Reflektorschacht 26 vorgesehen sind (vgl. die LEDs 18a, 18b in 3), können diese Licht 22 der gleichen oder unterschiedlicher Farben aussenden. Bei Verwendung von mehreren LEDs 18a, 18b können diese separat voneinander angesteuert und aktiviert werden, um bspw. die Helligkeit der resultierenden Signallichtfunktion zu steuern. Bei Verwendung von LEDs 18a, 18b unterschiedlicher Farben können diese wechselweise aktiviert werden oder die eine LED 18b wird während der Dauer der Aktivierung der anderen LED 18a gedimmt, um mit der Leuchteneinheit 12 unterschiedliche Signallichtfunktionen realisieren zu können (bspw. weißes Tagfahrlicht und gelbes Blinklicht, wobei die weiße Tagfahrlicht-LED 18b inaktiv oder gedimmt ist, während mittels der gelben Blinklicht-LED 18a die Blinklichtfunktion realisiert wird).
Des Weiteren umfasst die Leuchteneinheit 12 mindestens einen transparenten Körper 32, in den das kollimierte bzw. parallelisierte Licht 22 über eine Lichteintrittsfläche 34 eintritt und aus dem das eingetretene Licht 36 über eine Lichtaustrittsfläche 38 wieder austritt. Die Lichteintrittsfläche 34 und die Lichtaustrittsfläche 38 stellen Lichtdurchtrittsflächen des mindestens einen transparenten Körpers 32 dar. Der transparente Körper 32 ist lichtdicht an den Begrenzungsflächen 28, 30 des optischen Systems 24 angeschlossen, so dass nach Möglichkeit das gesamte Licht 22 aus dem optischen System 24 in den transparenten Körper 32 gelangt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der mindestens eine transparente Körper 32 eine Zwischenscheibe 40 aus einem transparenten Glas- oder Kunststoffmaterial. Die Zwischenscheibe 40 weist eine Längserstreckung im Wesentlichen quer zu einer Längserstreckung des mindestens einen optischen Systems 24 auf. Gemäß 3 erstreckt sich die Zwischenscheibe 40 somit mit ihrer Längserstreckung entlang der den LEDs 18 gegenüberliegenden Enden (Lichtaustrittsöffnungen) der Reflektorschächte 26 der beiden nebeneinander angeordneten Leuchteneinheiten 12. Vorzugsweise sind die Lichteintrittsfläche 34 und die Lichtaustrittsfläche 38 des mindestens einen transparenten Körpers 32 auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenscheibe 40 ausgebildet.
Schließlich umfasst die Leuchteneinheit 12 mindestens ein optisches Element 42, in das das Licht 36 aus dem mindestens einen transparenten Körper 32 über eine Lichteintrittsfläche 44 eintritt und aus dem das eingetretene Licht 46 über eine Lichtaustrittsfläche 48 wieder austritt. Das über die Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 ausgetretene Licht 50 dient zur Erzeugung der Signallichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung 2. Somit entspricht die Lichtaustrittsfläche 48 des transparenten Körpers 32 der Lichtaustrittsfläche 14 der gesamten Leuchteneinheit 12, die gemäß der Erfindung besonders homogen ausgeleuchtet werden soll. Das mindestens eine optische Element 42 ist vorzugsweise als eine Zylinderlinse 52 ausgebildet, die eine Längserstreckung quer zu der Längserstreckung des mindestens einen optischen Systems 24 aufweist. Gemäß 3 erstreckt sich die Zylinderlinse 52 somit mit ihrer Längserstreckung entlang der Längserstreckung des mindestens einen transparenten Körpers 32 bzw. der Zwischenscheibe 40. Die Lichteintrittsfläche 44 und die Lichtaustrittsfläche 48 des mindestens einen optischen Elements 42 sind vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Zylinderlinse 52 ausgebildet. Die Lichteintrittsfläche 44 der Zylinderlinse 52 kann in einem Vertikalschnitt betrachtet (vgl. 2) eben oder mit großem Radius geringfügig konvex gewölbt ausgebildet sein. Die Lichtaustrittsfläche 48 der Zylinderlinse 52 kann in einem Vertikalschnitt betrachtet (vgl. 2) als eine Mantelfläche eines Zylinderabschnitts mit kleinem Radius stärker konvex gewölbt ausgebildet sein. Insbesondere kann die Lichtaustrittsfläche 48 kreisförmig (rund) oder elliptisch gewölbt sein. Dabei ist der kleine Radius der konvex gewölbten Lichtaustrittsfläche 48 kleiner ist als der große Radius der konvex gewölbten Lichteintrittsfläche 44. Die Zylinderlinse 52 sorgt für eine Bündelung des Lichts 46 in einem Vertikalschnitt. Vorzugsweise ist in einem Vertikalschnitt betrachtet die Höhe der Lichteintrittsfläche 44 geringer als der Durchmesser der Zylinderlinse 52. In diesem Fall weist die Zylinderlinse 52 im Vertikalschnitt schräge Verbindungsflächen 54 auf, welche den oberen und unteren Rand der Lichteintrittsfläche 44 mit dem oberen und unteren Rand der Lichtaustrittsfläche 48 verbinden.
Zur Verbesserung der homogenen Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche 14 der Leuchteneinheit 12 wird vorgeschlagen, dass auf mindestens einer der Lichtdurchtrittsflächen 34, 38 des transparenten Körpers 32 eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des aus dem transparenten Körper 32 austretenden Lichts 36 und für ein möglichst homogenes Erscheinungsbild der ausgeleuchteten Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 sorgt. In den Figuren ist die Mattierung durch eine besonders dicke Linie auf den entsprechenden Flächen verdeutlicht. In dem dargestellten Beispiel der 2 und 3 sind sowohl die Lichteintrittsfläche 34 als auch die Lichtaustrittsfläche 38 des transparenten Körpers 32 mit einer Mattierung versehen. Zusätzlich kann auch die Lichteintrittsfläche 44 und/oder die Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 mit einer Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur versehen sein, die für eine zufällige Streuung des durch das optische Element hindurchtretenden Lichts 46 sorgt. In dem Beispiel der 2 ist lediglich die Lichteintrittsfläche 44 des optischen Elements 42 mit einer Mattierung versehen. In dem Beispiel der 3 sind sowohl die Lichteintrittsfläche 44 als auch die Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 mit einer Mattierung versehen. Durch die Mattierung einer oder mehrerer der Flächen 34, 38, 44, 48 ergibt sich eine besonders homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche 14 der Leuchteneinheit 12, die bspw. durch diskrete Streuoptiken nicht erzielt werden könnte. Die Mattierung kann bspw. mittels Sandstrahlen auf die gewünschte Fläche 34, 38, 44, 48 aufgebracht werden. Werden der transparente Körper 32 bzw. das optische Element 42 im Spritzgussverfahren hergestellt, dann sind die entsprechenden Flächen im Werkzeug zur Erzeugung der Mattierung entsprechend strukturiert, z.B. durch Ätzen.
In 4 ist ein Vertikalschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels einer Leuchteneinheit 12 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2 gezeigt. Der wesentliche Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen besteht in der Ausgestaltung des optischen Systems 24 zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der Lichtquelle 18 ausgesandten Lichts zumindest in einer Horizontalebene. Das optische System 24 umfasst mindestens eine Lichtleiterplatte 56, die eine Längserstreckung von der mindestens einen Lichtquelle 18 zu dem mindestens einen transparenten Körper 32 (bzw. der Zwischenscheibe 40) aufweist, die im Wesentlichen entlang der Längserstreckung des Reflektorschachts 26 verläuft. Je Reflektorschacht 26 (vgl. z.B. 3) kann eine separate Lichtleiterplatte 56 vorgesehen sein (in 3 nicht gezeigt). Die Lichtleiterplatte 56 weist quer zu der Längserstreckung in einem Horizontalschnitt betrachtet eine größere Erstreckung auf als in einem Vertikalschnitt. Sie weist ferner eine der mindestens einen Lichtquelle 18 zugewandte Lichteintrittsfläche 58 und eine dieser gegenüberliegende, der Lichteintrittsfläche 34 des mindestens einen transparenten Körpers 32 zugewandte Lichtaustrittsfläche 60 und seitliche Grenzflächen 62 auf, welche die Lichteintrittsfläche 58 mit der Lichtaustrittsfläche 60 verbinden und welche unterhalb eines Grenzwinkels auf die Grenzflächen 62 auftreffende Lichtstrahlen 22 mittels Totalreflexion reflektieren.
In dem dargestellten Beispiel ist die Lichtaustrittsfläche 60 der Lichtleiterplatte 56 in einem Abstand zu der Lichteintrittsfläche 34 des transparenten Körpers 32 angeordnet, so dass sich dazwischen ein Luftspalt befindet. Die Längserstreckung der Lichtleiterplatte 56 verläuft in etwa senkrecht zu der Lichteintrittsfläche 34 des transparenten Körpers 32. Der Luftspalt hat in dem Vertikalschnitt eine konstante Breite.
Die Lichtleiterplatte 56 ist vorzugsweise in dem Reflektorschacht 26 angeordnet, könnte jedoch auch ohne einen solchen Reflektorschacht 26 vorgesehen sein. In der Praxis wird ein Reflektorschacht 26 jedoch meistens vorhanden sein, und die Lichtleiterplatte 56 füllt praktisch den gesamten Reflektorschacht 26 aus. In diesem Fall ist dann mindestens eine Außenfläche (Grenzfläche 62, vgl. 4 und 5) der Lichtleiterplatte 56, vorzugsweise alle Außenflächen, spiegelnd beschichtet (vgl. 8 und 9). Bei dem Beispiel der 4 sind die Flächen 34, 38, 44 und 48 mit einer Mattierung versehen. Selbstverständlich könnte auch nur eine der Flächen 34, 38, 44, 48 oder könnten weniger als vier Flächen mit der Mattierung versehen sein.
In 5 ist ein Vertikalschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Leuchteneinheit 12 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2 gezeigt. Dabei verläuft die Längserstreckung der Lichtleiterplatte 56 schräg zu der Lichteintrittsfläche 34 des transparenten Körpers 32. Der Luftspalt hat in dem Vertikalschnitt eine von unten, d.h. vom unteren Rand von Lichtaustrittsfläche 60 und Lichteintrittsfläche 34, nach oben, d.h. zum oberen Rand von Lichtaustrittsfläche 60 und Lichteintrittsfläche 34, eine zunehmende Breite. Bei dem Beispiel der 5 sind die Flächen 34, 38 und 44 mit einer Mattierung versehen. Selbstverständlich könnte auch nur eine der Flächen 34, 38, 44, 48 oder könnten andere Flächen 34, 38, 44, 48 mit der Mattierung versehen sein.
Ein Vertikalschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Leuchteneinheit 12 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2 ist in 10 gezeigt. Dabei sind der mindestens eine transparente Körper 32 bzw. die Zwischenscheibe 40 einerseits und das mindestens eine optische Element 42 bzw. die Zylinderlinse 52 andererseits als ein einziges integrales Bauteil einteilig ausgebildet. Der transparente Körper 32 und das optische Element 42 sind also entlang der Flächen 38, 44 miteinander verbunden bzw. diese Flächen 38, 44 sind nicht mehr vorhanden, da die beiden Teile 32, 42 als ein einziges Bauteil einteilig hergestellt wurden, bspw. mittels eines Spritzgussverfahrens. In diesem Beispiel sind lediglich die Flächen 34 und 48 mit einer Mattierung versehen. Es wäre aber auch denkbar, dass nur eine der Flächen 34, 48 mit der Mattierung versehen ist.
Die 6 bis 9 zeigen neue Geometrievarianten für eine homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 bzw. der Leuchteneinheit 12. In 6 bis 9 zeigen jeweils in der Teilfigur a) einen Vertikalschnitt, in der Teilfigur b) eine Seitenansicht und in der Teilfigur c) einen Horizontalschnitt. 6 zeigt eine Geometrievariante mit einem Reflektorschacht 26, einem schmalen Lichtleiter in Form der Zwischenscheibe 40 und einer Zylinderlinse 52. In 7 ist eine Geometrievariante mit einem Reflektorschacht 26, ohne einen schmalen Lichtleiter in Form der Zwischenscheibe 40, jedoch wieder mit einer Zylinderlinse 52. 8 zeigt eine Geometrievariante mit einer gestuften Lichtleiterplatte 56, ohne einen schmalen Lichtleiter in Form der Zwischenscheibe 40, jedoch wieder mit einer Zylinderlinse 52, deren Eintrittsfläche 44 sich entlang der gestuften Austrittsfläche 60 der Lichtleiterplatte 56 erstreckt. In 9 ist schließlich eine Geometrievariante mit einer gestuften Lichtleiterplatte 56, einem schmalen Lichtleiter in Form der Zwischenscheibe 40, und mit einer Zylinderlinse 52 gezeigt. Die Eintrittsfläche 34 der Zwischenscheibe 42 erstreckt sich entlang der gestuften Austrittsfläche 60 der Lichtleiterplatte 56.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass mindestens eine Lichtdurchtrittsfläche 34, 38 des mindestens einen transparenten Körpers 32 mit Streuoptiken 64 (vgl. 11, 12, 15, 16) versehen ist, die eine genau definierte Oberflächenstruktur realisieren und die für eine definierte Streuung des hindurchtretenden Lichts sorgen. Die genannten Figuren zeigen jeweils einen Horizontalschnitt durch verschiedene weitere Ausführungsbeispiele der Leuchteneinheit 12. Die Streuoptiken 64 können bspw. als Kissen- oder Zylinderstrukturen ausgebildet sein, vorzugsweise jeweils mit Abmessungen einer Grundfläche im Millimeterbereich und einer Höhe der Streuoptiken im Mikrometerbereich. Selbstverständlich können auch bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 5 und 10 Streuoptiken auf einer der Lichtdurchtrittsflächen 34, 38 ausgebildet bzw. aufgebracht sein. In den Beispielen der genannten Figuren sind die Streuoptiken 64 lediglich auf der Lichteintrittsfläche 34 des transparenten Körpers 32 angeordnet.
Auf der Oberfläche der Streuoptiken 64 bzw. auf den sie umgebenden Flächen 34 und/oder 38 kann zusätzlich eine Mattierung aufgebracht sein, wobei die Abmessungen der Strukturelemente der Mattierung, welche die unkoordinierte (zufällige) Streuung des hindurchtretenden Lichts bewirken, sowohl bzgl. der Grundfläche als auch bezüglich der Höhe im Mikrometerbereich liegen. Helligkeitsschwankungen auf der Lichtaustrittsfläche 14 des Leuchtenelements 12 aufgrund der Streuoptiken 64 können durch eine einseitig aufgebrachte Mattierung bereits deutlich reduziert werden. Wenn die Mattierung dann auf mindestens zwei der Flächen 34, 38, 44, 48 aufgebracht wird, lassen sich die Helligkeitsunterschiede so verwaschen und auf unter 50% reduzieren, dass sie von einem menschlichen Auge in der Regel nicht mehr wahrgenommen werden können.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Streuoptiken 64 auf eine dünne Folie, wie bspw. die Folie 70 aus den 13 und 14, aufgebracht sind, welche ihrerseits auf der mindestens einen Lichtdurchtrittsfläche 34, 38 des mindestens einen transparenten Körpers 32 befestigt ist. Bei Verwendung einer transparenten Folie 70 kann auf einen zusätzlichen separaten transparenten Körper 32 auch verzichtet werden, wobei dann die Folie 70 selbst den transparenten Körper 32 mit den Streuoptiken 64 und der Mattierung auf einer oder beiden Seiten der Folie bildet. Die Streuoptiken 64 können aber auch als extra Teile ausgeführt oder auf den Flächen 34, 38 des mindestens einen transparenten Körpers 32 integriert sein.
In den Beispielen der 11, 12, 15, 16 weist das mindestens eine optische Element 42 vorzugsweise eine komplexe dreidimensionale Form auf, wie sie bspw. in 13 gezeigt ist. In einem Horizontalschnitt und/oder in einem Vertikalschnitt betrachtet weist das mindestens eine optische Element 42 mehrere diskrete Abschnitte 66 auf, die zusammen das komplexe dreidimensionale optische Element 42 bilden. Zwischen diesen Abschnitten 66 sind auf einer Lichtaustrittsfläche 38 oder auf einer Lichteintrittsfläche 34 des mindestens einen transparenten Körpers 32 lichtundurchlässige Blendenelemente 68 vorgesehen, um einen Lichtaustritt aus dem mindestens einen transparenten Körper 32 in einen Bereich zwischen den Abschnitten 66 zu verhindern. Die Blendenelemente 68 können bspw. im Rahmen eines 2K-Spritzgussverfahrens zusammen mit dem transparenten Körper 32 hergestellt werden. Es wäre bspw. denkbar, den transparenten Körper 32 zu spritzen und danach in einem zweiten Schritt eine schwarze Komponente für die Blendenelemente 68 über das transparente Material zu spritzen. Ferner wäre es denkbar, das komplexe dreidimensionale optische Element 42 auf einer Seite 72 einer dünnen transparenten Folie 70 (vgl. 13 und 14) auszugestalten, auf deren anderer Seite 74, die dem optischen System 24 zum Kollimieren oder Parallelisieren des ausgesandten Lichts 22 zugewandt ist, Streuoptiken 64 (in den 13 und 14 nicht gezeigt) und die Mattierung ausgebildet werden können. In diesem Fall bildet also die Folie 70 den transparenten Körper 32 selbst. Die Blendenelemente 68 können als eine lichtundurchlässige, bspw. schwarze Beschichtung 76 (vgl. 14) auf einer der Seiten 72, 74 der Folie 70 ausgeführt werden.
Eine weitere Besonderheit der Ausführungsbeispiele der genannten 11, 12, 15, 16 besteht darin, dass das optische System 24 zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der Lichtquelle 18 ausgesandten Lichts mindestens einen Reflektor 78 umfasst, der zumindest in einem Horizontalschnitt eine Parabelform aufweist, wobei die mindestens eine Lichtquelle 18 im Bereich eines Brennpunkts F des mindestens einen Reflektors 66 angeordnet ist. Insgesamt hat der Reflektor 78 vorzugsweise die Form eines Paraboloids.
Das von der Lichtquelle 18 ausgesandte Licht 22 wird von dem Reflektor 78 parallelisiert und trifft nahezu senkrecht auf die Lichteintrittsfläche 34 des transparenten Körpers 32. Dabei trifft das Licht 22 zunächst auf die Streuoptiken 64, die das Licht 22 gezielt verteilen. Nach den Streuoptiken 64 tritt das Licht 36 durch den transparenten Körper 32 hindurch und verlässt diesen über die Austrittsfläche 38, um dann über die Eintrittsfläche 44 in das auszuleuchtende optische Element 42 einzutreten. Dort wird das Licht 46 durch Totalreflexion weitergeleitet und tritt dann auf der Frontseite 48 der Leuchteneinheit 12 bzw. die Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 wieder aus. Die Frontseite 48 ist mattiert, um das Licht zu streuen und ein homogenes Erscheinungsbild der ausgeleuchteten Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 zu erzeugen. Es kann aber auch die Eintrittsfläche 44 zusätzlich dazu mattiert sein, um ein noch homogeneres Erscheinungsbild zu erzeugen. Die Frontfläche 48 kann auch etwas gewölbt bzw. nicht eben ausgebildet sein.
Bei dem Beispiel der 11 sind der transparente Körper 32 und das optische Element 42 als separate Teile ausgebildet, und zwischen ihnen (zwischen Lichtaustrittsfläche 38 und Lichteintrittsfläche 44) ist ein Luftspalt vorhanden. Die Mattierung ist auf den Flächen 44 und 48 vorgesehen. Die Blendenelemente 68 sind zwischen den Abschnitten 66 auf der Austrittsfläche 38 des transparenten Körpers 32 ausgebildet. Bei dem Beispiel der 12 sind der transparente Körper 32 und das optische Element 42 als ein einziges integrales Bauteil ausgebildet, und im Bereich der Lichtaustrittsfläche 38 und der Lichteintrittsfläche 44 miteinander verbunden. Die Mattierung ist lediglich auf der Austrittsfläche 48 ausgebildet. Die Blendenelemente 68 sind zwischen den Abschnitten 66 auf der Austrittsfläche 38 des transparenten Körpers 32 ausgebildet. Bei dem Beispiel der 15 sind der transparente Körper 32 und das optische Element 42 ebenfalls als ein einziges integrales Bauteil ausgebildet, und im Bereich der Lichtaustrittsfläche 38 und der Lichteintrittsfläche 44 miteinander verbunden. Die Mattierung ist lediglich auf der Austrittsfläche 48 ausgebildet. Die Blendenelemente 68 sind zwischen den Abschnitten 66 auf der Eintrittsfläche 34 des transparenten Körpers 32 ausgebildet. Bei dem Beispiel der 16 sind der transparente Körper 32 und das optische Element 42 ebenfalls als ein einziges integrales Bauteil ausgebildet, und im Bereich der Lichtaustrittsfläche 38 und der Lichteintrittsfläche 44 miteinander verbunden. Die Mattierung ist lediglich auf der Austrittsfläche 48 des optischen Elements 42 ausgebildet. Die Blendenelemente 68 sind zwischen den Abschnitten 66 auf der Austrittsfläche 38 des transparenten Körpers 32 ausgebildet. Um das Aufbringen der Blendenelemente 68 auf die Austrittsfläche 38 zwischen den Abschnitten 66, bspw. mittels Aufspritzen einer lichtundurchlässigen Beschichtung 76, zu erleichtern, weist in 16 der transparente Körper 32 in Lichtaustrittsrichtung 6 betrachtet eine größere Dicke auf und sind die Abschnitte 66 in Lichtaustrittsrichtung 6 betrachtet kürzer als in den zuvor beschriebenen Beispielen der 11, 12, 15 ausgebildet.
In 17 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie eine Folie 70 mit dem darauf ausgebildeten komplexen dreidimensionalen optischen Element 42 bezüglich der separat ausgebildeten Blendenelemente 68 ausgerichtet werden kann. Die Blendenelemente 68 sind bspw. in dem transparenten Körper 32 integriert, wie dies bspw. in den 11, 12, 15, 16 gezeigt ist. Die Blendenelemente 68 sollten nämlich möglichst genau zwischen die Abschnitte 66, in die Licht eingekoppelt werden soll, damit die Austrittsflächen 48 leuchten, positioniert werden, um ein Austreten von Licht zwischen den Abschnitten 66 bzw. den Austrittsflächen 48 wirksam verhindern zu können. Zu diesem Zweck können Positionierpins 80 auf einem mit den Blendenelementen 68 in Verbindung stehenden Bauteil, bspw. dem transparenten Körper 32, ausgebildet werden, die in entsprechende Löcher in der Folie 70 eingreifen, so dass das komplexe dreidimensionale optische Element 42, das auf der Folie 70 ausgebildet ist, bezüglich der Blendenelemente 68 präzise positioniert ist.
18 zeigt noch einmal das Leuchtenelement 12 aus 13 in einer etwas anderen Ansicht.
Die 19 und 20 beziehen sich auf ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem das optische Element 42, dessen Lichtaustrittsfläche 48 möglichst homogen leuchten soll, die Form einer Spirale 82 aufweist. Die Spirale 82 weist Spiralwindungen 84 auf, wobei zwischen benachbarten Spiralwindungen 84 ein Abstand und ein Luftspalt 86 ausgebildet sind. Das über die spiralförmige Lichtaustrittsfläche 48 im Bereich der Spiralwindungen 84 austretende Licht 50 erzeugt die Signalleuchtenfunktion des Leuchtenelements 12. Auf der Rückseite der Spirale 82 ist eine transparente Folie 70 angeordnet, welche im Bereich der spiralförmigen Luftspalte 86 zwischen den Spiralwindungen 84 ein sprialförmiges Blendenelement 68 aufweist, so dass parallelisiertes Licht 22 von den Reflektoren 78 nur in die Spiralwindungen 84 eintreten kann. Die Folie 70 kann ferner zumindest in Bereichen zwischen den spiralförmigen Blendenelementen 68 eine Mattierung aufweisen. Auch die Lichtaustrittsfläche 48 der Spiralwindungen 84 kann eine Mattierung aufweisen. Zusätzlich kann die Folie 70 mit Streuoptiken versehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel der 19 und 20 wird also der transparente Körper 32 des Leuchtenelements 12 durch die Folie 70 gebildet, die auf der Rückseite (Lichteintrittsseite) des spiralförmigen optischen Elements 42 angeordnet und befestigt ist.
Bei dem Beispiel aus 21 sind der transparente Körper 32 und das optische Element 42 als ein gemeinsames Bauteil einteilig ausgebildet. Das Bauteil 32, 42 weist eine gestufte Lichtaustrittsfläche 48 auf, welche die Lichtaustrittsfläche 14 des Leuchtenelements 12 bildet. In die Austrittsfläche 48 ist ein spiralförmiges Blendenelement 68 eingebracht, so dass sich bei einem Blick entgegen der Lichtaustrittsrichtung 6 Spiralwindungen 84 mit spiralförmigen Abständen 86 dazwischen ergeben. Die Lichtaustrittsfläche 48, über die Licht 50 austreten kann, hat somit ebenfalls eine Spiralform. Bei diesem Beispiel kann auf der Lichteintrittsfläche 34 des Bauteils 32, 42 eine Mattierung ausgebildet sein. Auch die spiralförmige Lichtaustrittsfläche 48 kann eine Mattierung aufweisen. Ferner können auf der Eintrittsfläche 34 Streuoptiken ausgebildet sein.
Bei den Beispielen der 19 und 20 könnte die runde Geometrie des spiralförmigen optischen Elements 42 auch rotieren während sie leuchtet, um einen besonderen Effekt zu erzielen. Dabei ist es denkbar, dass die Optiken, die das Licht nur in bestimmte Richtungen streuen und nicht rotationssymmetrisch sind, in einem separaten Teil angeordnet und vor dem optischen Element 42 angeordnet sind, bspw. auf der Folie 70, und nur das optische Element 42 wird rotiert. Hierzu kann das optische Element 42 mit einem Rand versehen werden, der ein Zahnprofil aufweist. Darin kann ein Zahnrad eingreifen, das von einem Motor angetrieben wird.
In 22 ist eine Lichtverteilung dargestellt, die sich auf einem in einem definierten Abstand zu dem Leuchtenelement 12 angeordneten Messschirm 88 ergibt. Im Zentrum der Lichtverteilung ist die größte Lichtstärke im Bereich A von etwa 600 bis 800 Cd vorhanden. Das Maximum der Lichtstärke beträgt etwa 930 Cd und ist auf dem Messschirm 88 mit einem X gekennzeichnet. Der Bereich A erstreckt sich über etwa +/-8° horizontal und -4° bis +5° vertikal. An den Bereich A schließt sich ein ringförmiger Bereich B an, in dem Lichtstärken von etwa 500 bis 600 Cd herrschen. Der Bereich B erstreckt sich außerhalb des Bereichs A bis etwa +/-12° horizontal und -5° bis +6° vertikal. An den Bereich B schließt sich ein ringförmiger Bereich C an, in dem Lichtstärken von etwa 400 bis 500 Cd herrschen. Der Bereich C erstreckt sich außerhalb des Bereichs B bis etwa +/-14° horizontal und -6° bis +7° vertikal. An den Bereich C schließt sich ein ringförmiger Bereich D an, in dem Lichtstärken von etwa 300 bis 400 Cd herrschen. Der Bereich D erstreckt sich außerhalb des Bereichs C bis etwa +/-16° horizontal und -7° bis +8° vertikal. Die Lichtstärke nimmt nach außen hin sukzessive ab, bis außen am Rand ein Bereich E erreicht ist, wo eine Lichtstärke zwischen 25 und 40 Cd herrscht.
23 zeigt eine Visualisierung des beleuchteten spiralförmigen optischen Elements 42 der Leuchteneinheit 12 aus den 19 oder 20. Es ist sehr schön zu erkennen, dass die Lichtaustrittsfläche 48 des optischen Elements 42 sehr homogen ausgeleuchtet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2372234 A2 [0002]
DE 102011076621 A1 [0003]
DE 102013227195 A1 [0005]
DE 102015218134 [0005]

Claims

Beleuchtungseinrichtung (2) eines Kraftfahrzeugs, die Beleuchtungseinrichtung (2) umfassend mindestens eine Lichtquelle (18; 18a, 18b) zum Aussenden von Licht (22), mindestens ein optisches System (24) zum Kollimieren oder Parallelisieren des ausgesandten Lichts (22), mindestens einen transparenten Körper (32), in den das kollimierte bzw. parallelisierte Licht (22) über eine Lichteintrittsfläche (34) eintritt und aus dem das eingetretene Licht (36) über eine Lichtaustrittsfläche (38) wieder austritt, wobei die Lichteintrittsfläche (34) und die Lichtaustrittsfläche (38) Lichtdurchtrittsflächen des mindestens einen transparenten Körpers (32) darstellen, und mindestens ein optisches Element (42), in das das Licht (36) aus dem mindestens einen transparenten Körper (32) über eine Lichteintrittsfläche (44) eintritt und aus dem das eingetretene Licht (46) über eine Lichtaustrittsfläche (48) wieder austritt, wobei das über die Lichtaustrittsfläche (48) des optischen Elements (42) ausgetretene Licht (50) zur Erzeugung einer Signallichtfunktion der Beleuchtungseinrichtung (2) dient, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der Lichtdurchtrittsflächen (34, 38) des transparenten Körpers (32) eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des aus dem transparenten Körper (32) austretenden Lichts (36) und für ein möglichst homogenes Erscheinungsbild der ausgeleuchteten Lichtaustrittsfläche (48) des optischen Elements (42) sorgt.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Lichteintrittsfläche (44) und/oder auf die Lichtaustrittsfläche (48) des optischen Elements (42) eine Mattierung mit einer zufälligen Oberflächenstruktur aufgebracht ist, die für eine zufällige Streuung des durch das optische Element (42) hindurchtretenden Lichts (46) sorgt.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische System (24) zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der mindestens einen Lichtquelle (18; 18a, 18b) ausgesandten Lichts (22) mindestens einen Reflektorschacht (26) umfasst, der jeweils eine Längserstreckung von mindestens einer von mehreren Lichtquellen (18; 18a, 18b) zu dem mindestens einen transparenten Körper (32) aufweist, und der jeweils seitliche Reflexionsflächen (28, 30) aufweist, die sich in einem Horizontalschnitt betrachtet ausgehend von der mindestens einen Lichtquelle (18; 18a, 18b) entlang der Längserstreckung erweitern.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische System (24) zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der mindestens einen Lichtquelle (18; 18a, 18b) ausgesandten Lichts (22) mindestens eine Lichtleiterplatte (56) umfasst, die eine Längserstreckung von der mindestens einen Lichtquelle (18; 18a, 18b) zu dem mindestens einen transparenten Körper (32) aufweist, wobei die Lichtleiterplatte (56) quer zu der Längserstreckung in einem Horizontalschnitt eine größere Erstreckung aufweist als in einem Vertikalschnitt, und die eine der mindestens einen Lichtquelle (18; 18a, 18b) zugewandte Lichteintrittsfläche (58) und eine dieser gegenüberliegende, der Lichteintrittsfläche (34) des mindestens einen transparenten Körpers (32) zugewandte Lichtaustrittsfläche (60) und seitliche Grenzflächen (62) aufweist, welche die Lichteintrittsfläche (58) mit der Lichtaustrittsfläche (60) verbinden und welche unterhalb eines Grenzwinkels auf die Grenzflächen (62) auftreffende Lichtstrahlen (22) mittels Totalreflexion reflektieren.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtleiterplatte (56) in dem Horizontalschnitt betrachtet eine gestufte Lichtaustrittsfläche (60) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Grenzflächen (62) der mindestens einen Lichtleiterplatte (56) in dem Horizontalschnitt betrachtet in einem hinteren Abschnitt der jeweiligen Lichtleiterplatte (56) auf die der jeweiligen Lichtleiterplatte (56) zugeordnete mindestens eine Lichtquelle (18; 18a, 18b) zulaufen.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine transparente Körper (32) eine Zwischenscheibe (40) aus einem transparenten Glas- oder Kunststoffmaterial umfasst, die eine Längserstreckung quer zu einer Längserstreckung des mindestens einen optischen Systems (24) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (34) und die Lichtaustrittsfläche (38) des mindestens einen transparenten Körpers (32) auf gegenüberliegenden Seiten der Zwischenscheibe (40) ausgebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (42) als eine Zylinderlinse (52) ausgebildet ist, die eine Längserstreckung quer zu einer Längserstreckung des mindestens einen optischen Systems (24) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (44) und die Lichtaustrittsfläche (48) des mindestens einen optischen Elements auf gegenüberliegenden Seiten der Zylinderlinse (52) ausgebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (44) der Zylinderlinse (52) eben oder mit großem Radius geringfügig konvex gewölbt und die Lichtaustrittsfläche (48) der Zylinderlinse (52) als eine Mantelfläche eines Zylinderabschnitts mit kleinem Radius stärker konvex gewölbt ausgebildet ist, wobei der kleine Radius der konvex gewölbten Lichtaustrittsfläche (48) kleiner ist als der große Radius der konvex gewölbten Lichteintrittsfläche (44).
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine transparente Körper (32) und das mindestens eine optische Element (42) als einziges integrales Bauteil einteilig ausgebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtdurchtrittsfläche (34, 38) des mindestens einen transparenten Körpers (32) mit Streuoptiken (64) versehen ist, die eine genau definierte Oberflächenstruktur realisieren und die für eine definierte Streuung des hindurchtretenden Lichts sorgen.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptiken (64) als Kissen- oder Zylinderstrukturen ausgebildet sind, vorzugsweise jeweils mit Abmessungen einer Grundfläche im Millimeterbereich und einer Höhe der Streuoptiken (64) im Mikrometerbereich.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuoptiken (64) auf eine dünne Folie (70) aufgebracht sind, welche auf der mindestens einen Lichtdurchtrittsfläche (34, 38) des mindestens einen transparenten Körpers (32) befestigt ist.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische System (24) zum Kollimieren oder Parallelisieren des von der mindestens einen Lichtquelle (18; 18a, 18b) ausgesandten Lichts mindestens einen Reflektor (78) umfasst, der zumindest in einem Horizontalschnitt eine Parabelform aufweist, wobei die mindestens eine Lichtquelle (18; 18a, 18b) im Bereich eines Brennpunkts (F) des mindestens einen Reflektors (78) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (42) eine komplexe dreidimensionale Form aufweist, wobei das mindestens eine optische Element (42) in einem Horizontalschnitt und/oder in einem Vertikalschnitt betrachtet mehrere diskrete Abschnitte (66) aufweist, die zusammen das komplexe dreidimensionale optische Element (42) bilden, und zwischen diesen Abschnitten (66) auf einer Lichtaustrittsfläche (38) des mindestens einen transparenten Körpers (32) lichtundurchlässige Blendenelemente (68) vorgesehen sind, um einen Lichtaustritt aus dem mindestens einen transparenten Körper (32) in einen Bereich zwischen den Abschnitten (66) zu verhindern.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenelemente (68) zusammen mit dem mindestens einen transparenten Körper (32) in einem sog. 2K-Spritzgussverfahren hergestellt sind.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenelemente (68) eine dunkle, vorzugsweise schwarze Beschichtung umfassen.
Beleuchtungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine transparente Körper (32) relativ zu einem Gehäuse (4) der Beleuchtungseinrichtung (2) um mindestens eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse (4) rotierbar gelagert ist und Streuoptiken (64), die bspw. als Kissen- oder Zylinderstrukturen ausgebildet sind, feststehend in dem Gehäuse (4) angeordnet sind, so dass bei Rotation des mindestens einen transparenten Körpers (32) dieser relativ zu den feststehenden Streustrukturen (64) rotiert.