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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeugleuchte mit mindestens einer Lichtquelle
und mit mindestens einem Optikelement aus einem lichtdurchlässigen Körper, wobei
das Optikelement eine Einkoppelfläche aufweist, durch die Licht
von der Lichtquelle einfallen kann, eine Auskoppelfläche aufweist,
die in horizontaler Richtung unter einem Winkel zur Einkoppelfläche angeordnet
ist, und eine Außenfläche aufweist,
an der das einfallende Licht so reflektiert wird, dass es durch
die Auskoppelfläche
austritt.
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Mit
einer solchen Fahrzeugleuchte ist es möglich, das aus einer Lichtquelle
austretende Licht zu sammeln und auszurichten, wobei die Lichtstrahlen
quer zur Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle unter einem großen Winkel
umgelenkt werden.
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Aus
der Gebrauchsmusterschrift
DE
202 00 571 U1 ist es bekannt, eine Fahrzeugleuchte mit
wenigstens einer Leuchtdiode so auszubilden, dass die von der Leuchtdiode
abgegebenen Lichtbündel
zumindest teilweise um einen großen Winkel zur Hauptabstrahlrichtung
der Leuchtdiode umgelenkt werden. Hierzu ist oberhalb der Leuchtdiode
in Richtung der Hauptabstrahlrichtung ein prismatisches Element
so angeordnet, dass das von der Leuchtdiode abgegebene Lichtbündel durch
eine erste Grenzfläche
in das prismatische Element eintritt und an einer zweiten Grenzfläche des
prismatischen Elements, das gegen die Hauptabstrahlrichtung des
Lichtbündels
geneigt ist, zumindest teilweise so reflektiert wird, dass der reflektierte
Teil durch eine dritte Grenzfläche
des prismatischen Elements aus diesem austritt. Die zweite Grenzfläche des
prismatischen Elements ist halbdurchlässig, vollständig verspiegelt
oder in Teilbereichen verspiegelt ausgebildet oder gegen die Hauptabstrahlrichtung
des Lichtbündels
so geneigt, dass an ihr eine Totalreflektion stattfindet. Eine solche
Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass sie relativ teuer herzustellen
ist und man in dem Winkelbereich, in dem die Umlenkung des Lichtbündels erfolgen
kann, stark beschränkt
ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deswegen darin, eine
Fahrzeugleuchte zur Verfügung
zu stellen, mit der aus einer Lichtquelle austretendes Licht unter
einem großen
Winkel quer zur Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle umgelenkt werden
kann, wobei eine solche Vorrichtung einfach aufgebaut und preiswert
herzustellen sein soll.
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Die
Aufgabe wird durch eine Fahrzeugleuchte mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Durch
die Umlenkung mittels Totalreflektion ist keine Bedampfung oder
anderweitige Beschichtung mit einem reflektierenden Material nötig, wodurch
eine preiswerte Fertigung erzielt wird. Darüber hinaus ist es nicht nötig, das
Licht aus der Lichtquelle zu parallelisieren, d.h. eine zusätzliche
Linse kann entfallen. Dadurch wird eine Einsparung des Bauraums
erzielt. Da die Außenfläche die
Umlenkung des Lichts bewirkt aber zum anderen auch die Lichtverteilung
des aus dem Optikelement austretenden Lichtes bestimmt, ist eine
zusätzliche
Streuscheibe nicht notwendig. Weiterhin können mehrere Optikelemente
zu einem massiven Gesamtkörper
zusammengefasst werden, wodurch die Notwendigkeit einer Abschlussscheibe
zur Abdichtung des Leuchtenaufbaus entfällt. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, dass neue stilistische Möglichkeiten
für Fahrzeugleuchten
geschaffen werden, da ein flacher Leuchtenaufbau oder auch ein indirekter
Leuchtenaufbau möglich
ist.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der lichtdurchlässige Körper massiv ausgebildet
ist. Ein solcher Körper
ist einfacher herzustellen als ein gegliederter Körper und
ist außerdem
robuster als ein nicht massiver Körper. Dadurch werden Kosten
bei der Produktion der Fahrzeugleuchte eingespart.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Außenfläche einen
Bereich aufweist, der eine stetig zusammenhängende Fläche darstellt und aus mindestens
einem anderen Bereich besteht, der aus verschiedenen nicht stetig zusammenhängenden
Flächenelementen
aufgebaut ist. Damit kann die horizontale und vertikale Lichtverteilung
des aus dem Optikelement austretenden Lichts individuell eingestellt
werden. Darüber
hinaus ergibt sich eine Steigerung des lichttechnischen Wirkungsgrades,
da eine Bündelung
des austretenden Lichts in gewisse gewünschte Bereiche erzielt werden
kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Außenfläche parallel
zur vertikalen Richtung ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung
ist besonders einfach und preiswert herzustellen, da in vertikaler
Richtung keine Krümmung ausgebildet
sein muss. Dadurch ist es lediglich in horizontaler Richtung nötig, die
Außenfläche in einer gekrümmten Kontur
auszuführen.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Einkoppelfläche
als Kugelfläche
ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung ist sehr einfach herzustellen
und damit auch preiswert, wobei das einfallende Licht von der Lichtquelle nicht
gebrochen wird und so möglichst
verlustfrei in das Optikelement eintreten kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Auskoppelfläche
eben ausgebildet ist oder mit einer Optik versehen ist. Ein Optikelement
mit einer ebenen Ausbildung der Auskoppelfläche ist sehr einfach und damit
auch preiswert herzustellen. Der Vorteil einer mit einer Optik versehenen
Auskoppelfläche
liegt darin, auf das an der Außenfläche reflektierte
Licht einen zusätzlichen Effekt
auszuüben,
d. h. zu bündeln
oder zu verbreitern. Damit sind auch je nach Wunsch unterschiedliche ästhetische
Muster für
den Betrachter einer Fahrzeugleuchte erzeugbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, mehrere
Optikelemente so zu einem Gesamtkörper zusammenfassen, dass sie
in vertikaler Richtung nebeneinander angeordnet und im Bereich ihrer
Auskoppelflächen
miteinander verbunden sind. Dadurch ergeben sich die oben genannten
Vorteile auf einer noch weiter ausgedehnte Fläche mit mehreren Optikelementen,
die von mehreren Lichtquellen gespeist werden. Bei dem ausgedehnten
Gesamtkörper
handelt es sich um einen einzigen Körper, der sehr preiswert herzustellen
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Auskoppelflächen
der einzelnen Optikelemente eine übergreifende Optik aufweisen.
Durch die übergreifende
Optik kann die Verteilung des aus der Auskoppelfläche austretenden
Lichts individuell gestaltet werden. Damit ist je nach Wunsch des
Fahrzeugherstellers oder des Fahrzeuginhabers ein anderer Look für die Fahrzeugleuchte
möglich.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Optikelemente voneinander unterschiedliche horizontale und/oder
vertikale Längen
aufweisen. Dadurch sind weitere ästhetische Ausgestaltungsmöglichkeiten
realisierbar, da auch nichtlineare Gesamtkörper herstellbar sind. Selbst die
Gesamtkörper,
die in der Kontur unterschiedlich ausgeprägt sind, können von einer einzigen ebenen Platine
mit mehreren Lichtquellen gespeist werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Optikelemente zu einem durchgängigen massiven Körper zusammengefasst sind.
Eine solche Ausgestaltung ist sehr einfach und preiswert herzustellen,
da keine Konturen mit filigranen Einbuchtungen und Durchbrechungen
vorzusehen sind.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung werden weiter anhand der in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
eines erfindungsgemäßen Optikelements
mit einer totalreflektierenden Außenfläche mit unterschiedlich konturierten
Bereichen,
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2 einen horizontalen Schnitt
entlang der X-Z-Ebene des Optikelements aus 1,
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3 eine perspektivische Ansicht
des Optikelements aus 1 mit
einem Strahlenverlauf in vertikaler Richtung, in der die vertikale
Lichtverteilung hinter der Auskoppelfläche erkennbar ist,
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4 die Rückansicht eines Gesamtkörpers mit
mehreren Optikelementen, wobei die Auskoppelfläche mit mehreren Optiken versehen
ist,
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5 die Rückansicht eines Gesamtkörpers aus
mehreren Optikelementen in Form eines massiven Körpers, dessen Auskoppelfläche eine
sich über alle
Optikelemente erstreckende Optik aufweist, und
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6 eine perspektivische Ansicht
eines konturfolgenden Aufbaus eines Gesamtkörpers, wobei die Länge der
einzelnen Optikelemente unterschiedlich ist.
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Im
Folgenden werden nur die für
die Erfindung relevanten Teile einer Fahrzeugleuchte beschrieben.
Es sind auch nur diese Teile in den Figuren dargestellt. Für einen
Durchschnittsfachmann ergibt sich die Anordnung der weggelassenen
Teile ohne weiteres.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Optikelement 1,
das aus einem massiven lichtdurchlässigen Körper besteht. Das Optikelement 1 weist
eine Einkoppelfläche 4 auf,
durch die Licht aus einer Lichtquelle 17 in das Optikelement 1 einfällt. Als
Lichtquelle 1 dient eine LED oder eine Glühlampe.
Jedoch sind auch andere Lichtquellen 17 möglich. Das
Licht der Lichtquelle 17 wird mit einer für die Lichtquelle 17 charakteristischen
Verteilung um deren Hauptabstrahlrichtung Z emittiert. Beim Durchlaufen
des Optikelements 1 findet eine Umlenkung des Lichts an der
Außenfläche 5 statt,
so dass nach Austreten des Lichts aus einer Auskoppelfläche 6 die
Hauptabstrahlrichtung Z um einen großen Winkel α innerhalb der horizontalen
Ebene, die durch die Hauptabstrahlrichtung Z und die horizontale
Richtung X vorgegeben ist, umgelenkt wurde. Hierbei sind je nach
geometrischer Ausgestaltung des Optikelements 1 und dem
Material des Optikelements 1 Winkel α um 90° und mehr erzielbar.
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Das
von der Lichtquelle 17 einfallende Licht 19 wird
an der Außenfläche 5 mit
der horizontalen Kontur 7 reflektiert, wodurch eine Drehung
der Hauptabstrahlrichtung Z um die vertikale Richtung Y erfolgt.
Nähere
Einzelheiten zur Reflektion des einfallenden Lichts an der Außenfläche 5 werden
unten zu den 2 und 3 beschrieben. Die Einkoppelfläche 4 ist
als eine Kugelinnenfläche
ausgebildet. Dadurch ist sie im Wesentlichen optisch inaktiv gegenüber dem
von einer quasi punktförmigen
Lichtquelle 17 herrührenden
Licht, das durch sie in das Optikelement 1 einfällt. Dies
bedeutet, dass keine Änderung der
Richtung der Lichtstrahlen beim Eintritt in das Optikelement 1 erfolgt.
Andere Ausgestaltungen der Einkoppelfläche 4 sind ebenfalls
möglich,
wie beispielsweise eine Ausgestaltung, bei der das einfallende Licht 19 gebündelt wird.
Die Außenfläche 5 des Optikelements 1 weist
drei unterschiedliche Bereiche auf. Sie weist einen Bereich 9 mit
stetig zusammenhängender
Fläche
auf, der ohne Kanten ausgebildet ist. Dagegen ist sie außerhalb
dieses Bereichs 9 mit stetig zusammenhängender Fläche als Bereiche 10 und 10' mit mehreren
einzelnen Flächenelementen ausgebildet,
die untereinander unterschiedlich ausgerichtet sind. Nähere Einzelheiten
zu den Auswirkungen hinsichtlich der Reflektion des einfallenden Lichts
am Bereich 9 mit stetig zusammenhängender Fläche und dem Bereich 10, 10' mit mehreren
einzelnen Flächenelementen
werden unten bezüglich 3 gemacht.
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In 2 ist ein horizontaler Schnitt
durch das Optikelement 1 in der X-Z-Ebene dargestellt.
Das von der Lichtquelle 17 durch die Einkoppelfläche 4 in
das Optikelement 1 einfallende Licht 19 wird an
der Außenfläche 5 mit
horizontaler Kontur 7 reflektiert. Aufgrund der kegelförmigen Abstrahlung
des Lichts von der Lichtquelle 17 und der Einkoppelfläche 4 dringt das
einfallende Licht 19 ungebrochen in das Optikelement 1 ein.
Dadurch wird ein weiter Bereich der horizontalen Kontur 7 durch
das einfallende Licht 19 getroffen. Die horizontale Kontur 7 ist
so ausgebildet, dass zu einem das sie treffende einfallende Licht 19 total
reflektiert und zum anderen eine Lichtverteilung erzielt wird. Der
Grenzwinkel, ab dem eine Totalreflektion an der horizontalen Kontur 7 stattfindet,
hängt vom
Brechungsindex des Materials, aus dem das Optikelement 1 besteht
und dein Brechungsindex des umgebenden Mediums ab. Dem Fachmann
ist diese Beziehung hinreichend bekannt, so dass nicht näher auf
die Rahmenbedingungen einer Totalreflektion eingegangen wird. Bei
der Ausgestaltung der horizontalen Kontur 7 ist aufgrund
eines gewissen Spielraums, in dem eine Totalreflektion des einfallenden
Lichts 19 erfolgt, eine gewisse Gestaltungsfreiheit für den Entwickler
eines erfindungsgemäßen Optikelements 1 gegeben.
Ein Teil des einfallenden Lichts 19 wird nicht nur einmal
an der horizontalen Kontur 7 total reflektiert, sondern
sogar noch ein zweites Mal. Im vorliegenden Fall tritt eine Drehung der
Hauptabstrahlrichtung Z von knapp 90° ein. Bei einer anderen horizontalen
Kontur 7 sind jedoch auch andere Winkel, sogar 90° übersteigende
Drehwinkel, möglich.
Durch die erfolgte Totalreflektion ist die Lichtausbeute des aus
der Auskoppelfläche 6 austretenden
Lichts 20 sehr hoch.
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Die
horizontale Lichtverteilung 8 in Bezug auf die Hauptabstrahlrichtung
Z wird von der horizontalen Kontur 7 der Außenfläche 5 des
Optikelements 1 bestimmt. Die horizontale Lichtverteilung 8 kann
dabei je nach Ausgestaltung der horizontalen Kontur 7 verengt,
verbreitert oder unverändert
gelassen werden. Eine weitere Beeinflussung der horizontalen Lichtverteilung 8 kann über die
Geometrie der Auskoppelfläche 6 in
der horizontalen X-Z-Ebene
erreicht werden, da das austretende Licht je nach Winkel, unter
dem es auf die Auskoppelfläche 6 fällt, mehr
oder weniger stark gebrochen wird.
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3 zeigt ein Bündel eines
einfallenden Lichts 19 in einer vertikalen Ebene, das auf
die Außenfläche 5 des
Optikelements 1 entlang einer vertikalen Kontur 11 auftritt.
Im Bereich 9 mit stetig zusammenhängender Fläche ist die vertikale Kontur 11 parallel
zur vertikalen Richtung Y ausgeführt.
Dadurch findet eine vertikale Aufweitung des einfallenden Lichts 19 im
austretenden Licht 20 statt. Neben dieser Möglichkeit
der ebenen Ausgestaltung der vertikalen Kontur 11 im Bereich
der Außenfläche 5 im Bereich 9 mit
stetig zusammenhängender
Fläche kann
diese Kontur auch gewölbt
sein. Dadurch ist es möglich,
dass besonders intensive Licht in der Nähe rund um die Hauptabstrahlrichtung
Z der Lichtquelle 17 in vertikal weiter außen liegende
Winkelbereiche zu verteilen, um diese Randbereiche in der vertikalen Lichtverteilung 12 zu
verstärken.
Bei einer umgekehrten Wölbung
ist es jedoch auch möglich,
dass Licht vertikal noch stärker
zu bündeln
oder winkelerhaltend umzulenken.
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In
den beiden Bereichen 10, 10' mit mehreren einzelnen Flächenelementen
der Außenfläche 5 des
Optikelements 1, die sich oberhalb und unterhalb an den
Bereich 9 mit stetig zusammenhängender Fläche anschließen, kann
der Teil des Lichts 19, der sonst in nicht genutzte Raumbereiche
abgestrahlt wird, in den genutzten Winkelbereich gelenkt werden.
Dies wird beispielhaft anhand der Strahlen 13, 13' gezeigt, die
einmal vom oberen Bereich 10 mit mehreren einzelnen Flächenelementen
und einmal vom unteren Bereich 10' mit stetig zusammenhängender
Fläche
reflektiert werden.
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Sowohl
durch die Anpassung der vertikalen Kontur 11 mittels der
Flächenelemente 2 im
Bereich 10, 10' mit
mehreren einzelnen Flächenelementen als
auch durch die Anpassung der horizontalen Kontur 7 kann
eine geforderte Lichtverteilung exakt eingestellt werden. Diese
Ausgestaltungen sowohl der horizontalen Kontur 7 als auch
der vertikalen Kontur 11 trägt deutlich zur Steigerung
der lichttechnischen Effizienz des Optikelements 1 bei.
Ein zusätzlicher Einfluss
auf die Lichtverteilung, sowohl die horizontale Lichtverteilung 8 als
auch die vertikale Lichtverteilung 12, kann durch die Ausbildung
einer Optik 14, 15 auf der Auskoppelfläche 6 (siehe 4 und 5) erzielt werden.
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In 4 sind drei Optikelemente 1, 1', 1'', die jeweils im Wesentlichen wie
das Optikelement 1 der 1 bis 3 ausgestaltet sind, zu einem
Gesamtkörper 18 zusammengefasst.
Dabei sind die drei Optikelemente 1, 1', 1'' im Bereich ihrer Auskoppelflächen 6 miteinander
verbunden. Die einzelnen Optikelemente 1, 1', 1'' sind noch aufgrund der Spalte 3 zwischen
ihnen gut zu erkennen. Jedes der Optikelemente 1, 1', 1'' hat an der gemeinsamen Auskoppelfläche 6 eine
speziell diesen zugeordnete Optik 14, 14', 14'', die sowohl auf die horizontale
Lichtverteilung 8 als auch auf die vertikale Lichtverteilung 12 Einfluss
nehmen. Die einzelnen Optiken 14, 14', 14'' können dabei identisch oder auch
unterschiedlich ausgeführt
sein. Dies hängt
ganz davon ab, welche Lichtverteilung für das austretende Licht 20 erzielt werden
soll. Die drei den Optikelementen 1 zugeordneten Lichtquellen 17 liegen
alle in einer Ebene, so dass es problemlos möglich ist, diese auf eine gemeinsame
Platine (nicht gezeigt) zu setzen. Dadurch wird eine sehr einfache
Fahrzeugleuchte ermöglicht, die
trotz ihrer einfachen Ausbildung eine Umlenkung des von den Lichtquellen 17 ausgehenden
Lichts ermöglicht.
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Der
in 5 dargestellte Gesamtkörper 18' unterscheidet
sich von dem in 4 dargestellten Gesamtkörper 18 im
Wesentlichen nur dadurch, dass er massiv ausgebildet ist und auf
seiner Auskoppelfläche 6 eine
sich über
sämtliche
Optikelemente 1, 1', 1'' erstreckende Optik 15 aufweist.
Gegenüber
dem in 4 dargestellten
Gesamtkörper 18 ist
zwischen den einzelnen Optikelementen 1, 1', 1'' keine Spalte 3 ausgebildet.
Dadurch ist der Gesamtkörper 18' mechanisch
robuster und einfacher, d.h. auch preiswerter, herzustellen. Durch
die durchgehende Optik 15 können andere Lichtverteilungen
des austretenden Lichtes 20 erreicht werden, als dies bei
den einzelnen Optiken 14, 14', 14'' in 4 der Fall ist. Je nach
spezifischen Anforderungen kann auch ein massiver Gesamtkörper 18' einzelne Optiken 14, 14', 14'', wie in 4 dargestellt, aufweisen oder eine Auskoppelfläche 6 aufweisen,
die optisch inaktiv ist. Auch hier liegen die drei Lichtquellen 17 in
einer Ebene, so dass sie sehr einfach auf einer einzelnen Platine
montiert werden können.
Bei einem solchen massiven Gesamtkörper 18' ist es in einer Fahrzeugleuchte
nicht mehr nötig,
zur Abdichtung eine zusätzliche
Abschlussscheibe vorzusehen. Dadurch wird eine solche Fahrzeugleuchte
bedeutend einfacher in der Konstruktion und preiswerter.
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Der
in 6 dargestellte Gesamtkörper 18'' unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten Gesamtkörper 18 lediglich
darin, dass er an eine sich ändernde
Kontur 16 angepasst werden kann. Durch eine solche konturfolgende
Ausgestaltung ist es möglich,
den Gesamtkörper 18'' auch in eine Fahrzeugleuchte zu
integrieren, die nicht rechteckig ausgestaltet ist. Somit ergibt
sich eine Vielzahl von ästhetischen
Ausgestaltungsmöglichkeiten.
Auch hier ist es wieder so, dass die Lichtquellen 17 (nicht
gezeigt) in einer Ebene liegen und somit problemlos auf einer einzelnen
Platine montiert werden können.
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- 1,
1', 1''
- Optikelement
- 2
- Flächenelement
- 3
- Spalt
- 4
- Einkoppelfläche
- 5
- Außenfläche
- 6
- Auskoppelfläche
- 7
- Horizontale
Kontur
- 8
- Horizontale
Lichtverteilung
- 9
- Bereich
bestehend aus zusammenhängender
Fläche
- 10,
10'
- Bereich
bestehend aus einzelnen Flächenelementen
- 11
- Vertikale
Kontur
- 12
- Vertikale
Lichtverteilung
- 13,
13'
- Strahlen
- 14,
14', 14''
- Optik
- 15
- Übergreifende
Optik
- 16
- Sich ändernde
Kontur
- 17
- Lichtquelle
- 18,
18', 18''
- Gesamtkörper
- 19
- Einfallendes
Licht
- 20
- Austretendes
Licht
- X
- Horizontale
Richtung
- Y
- Vertikale
Richtung
- Z
- Hauptabstrahlrichtung
- α
- Winkel
zwischen ursprünglicher
und gedrehter Hauptabstrahlrichtung