DE102008034052A1

DE102008034052A1 - Lichtleitkörper, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008034052A1
Application number: DE102008034052A
Authority: DE
Inventors: Stefan Köhler
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-23
Also published as: DE102008034052B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtleitkörper (1), insbesondere zur Anwendung als Positionslicht oder als Tagfahrlicht für ein Kraftfahrzeug, der sich entlang einer Längsachse (2) erstreckt, wobei in den Lichtleitkörper (1) Licht einkoppelbar ist, das aus einer entlang des Lichtleitkörpers (1) ausgebildeten Lichtauskoppelfläche (3) auskoppelbar ist, wobei in der der Lichtauskoppelfläche (3) gegenüberliegenden Funktionsfläche des Körpers eine Prismenstruktur (4) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Prismenstruktur (4) große Prismen (P1) einer ersten geometrischen Form und kleine Prismen (P2) einer zweiten geometrischen Form aufweist, die entlang der Längsachse (2) abwechselnd zueinander angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtleitkörper, der insbesondere zur Anwendung als Positionslicht oder als Tagfahrlicht für ein Kraftfahrzeug Verwendung findet. Der Lichtleitkörper erstreckt sich entlang einer Längsachse, wobei in den Lichtleitkörper Licht einkoppelbar ist, das aus einer entlang des Lichtleitkörpers ausgebildeten Lichtauskoppelfläche auskoppelbar ist, wobei in der der Lichtauskoppelflache gegenüberliegenden Funktionsfläche des Körpers eine Prismenstruktur vorhanden ist.
Aus der DE 103 28 216 A1 ist ein Lichtleitkörper der vorliegenden Art bekannt, der insbesondere zur Anwendung als Positionslicht oder als Tagfahrlicht für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Derartige Lichtleitkörper für Kraftfahrzeuge können stabförmig ausgeführt werden, wobei über zumindest eine Endfläche des stabförmigen Lichtleiters mit einer Lichtquelle Licht in den Lichtleitkörper eingekoppelt wird. Das eingekoppelte Licht wird über der Länge des Lichtleitkörpers möglichst gleichmäßig wieder ausgekoppelt. Der Lichtleitkörper besitzt an seinem Außenumfang eine in Richtung der Längsachse ausgebildete Prismenstruktur, an der innerhalb des Lichtleitkörpers darauf auftreffendes Licht derart reflektiert wird, dass das Licht über eine Lichtauskoppelfläche aus dem Lichtleitkörper wieder ausgekoppelt werden kann. Die Lichtauskoppelfläche bildet einen der Prismenstruktur gegenüberliegenden Umfangsbereich. Gewöhnlich kann in einem stabförmigen Lichtleitkörper Licht aufgrund der Totalreflexion an der Grenzfläche des Lichtleitkörpers zur Außenseite durch den Lichtleitkörper hindurch geleitet werden. Eine Prismenstruktur unterbricht jedoch das Prinzip der Totalreflexion, und es entsteht eine linienförmige bzw. eine balkenförmige Lichtemission entlang der Längsachse des Lichtleitkörpers.
Bei derartigen Lichtleitkörpern ergibt sich das Problem, dass die Helligkeit des über die Lichtauskoppelfläche aus dem Lichtleitkörper ausgekoppelten Lichtes mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle abnimmt. Um dieses Problem zu überwinden, kann vorgesehen sein, die Prismenstruktur derart auszubilden, dass zwischen den einzelnen Prismen auskoppelelementfreie Zwischenbereiche in Form von Planflächen verschiedener Breite vorgesehen sind. Folglich sind ein Prisma und eine Planfläche benachbart zueinander angeordnet, wobei über der Länge des Lichtleitkörpers die Gesamtbreite aus der Breite des Prismas und der Breite der Planfläche konstant bleibt. Jedoch kann die Breite des Prismas zunehmen, so dass die Breite der Planfläche um einen gleichen Betrag abnimmt. Daraus ergibt sich eine Lichtauskopplung, die ein gleichmäßiges Erscheinungsbild der Lichtstärke des ausgekoppelten Lichtes entlang der Längsachse des Lichtleitkörpers bewirkt. Jedoch ergibt sich dabei das Problem, dass bei einem einseitig eingestrahlten Lichtleitkörper eine Farbverschiebung über der Länge des Lichtleitkörpers in Richtung zur Längsachse beobachtet werden muss. Aufgrund optischer Effekte kann es zu einer teilweisen Farbabsorption innerhalb des Lichtleitkörpers kommen, so dass einzelne Farben bezüglich der Auskopplung geschwächt werden. Im Ergebnis erscheinen farbliche Veränderungen über der Lichtauskoppelfläche entlang der Längsachse des Lichtleitkörpers. Eine weitere Problematik ergibt sich aus der Krümmung des Lichtleitkörpers, da die Lichtleitkörper häufig eine Längsachse aufweisen, die von einer geraden Linie abweichen und vorzugsweise an die Form einer Fahrzeugaußenhaut angepasst sind. Daraus ergibt sich ein bogenförmiger Lichtleitkörper mit einem gekrümmten Verlauf. Durch die damit einhergehende Schrägstellung der Prismen innerhalb der Prismenstruktur ergibt sich der Verlust der Totalreflexion, und es erfolgt eine teilweise unkontrollierte Auskopplung des Lichtes aus dem Lichtleitkörper.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtleitkörper zu schaffen, welcher die vorgenannten Probleme des Standes der Technik überwindet, und über der Länge des Lichtleitkörpers eine homogene und farbverschiebungsfreie Lichtauskopplung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Lichtleitkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Prismenstruktur große Prismen einer ersten geometrischen Form und kleine Prismen einer zweiten geometrischen Form aufweist, die entlang der Längsachse abwechselnd zueinander angeordnet sind.
Mit einer Prismenstruktur, die aus einer periodischen Aufeinanderfolge von großen und kleinen Prismen gebildet ist, können die Probleme des vorgenannten Standes der Technik überwunden werden. Die großen Prismen bilden die erste geometrische Form, wohingegen die zweite geometrische Form der Prismen durch kleinere Prismen gebildet ist. Folglich überragen die großen Prismen die kleinen Prismen in Dickenrichtung des Lichtleitkörpers. Sowohl die großen Prismen als auch die kleinen Prismen bewirken in ihrer Gesamtheit eine Brechung des eingekoppelten Lichtes derart, dass das eingekoppelte Licht annähernd vollständig und gleichmäßig über die gegenüberliegende Lichtauskoppelfläche aus dem Lichtleitkörper ausgekoppelt wird. Ist der Lichtleitkörper in Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs beispielsweise angrenzend an den Hauptscheinwerfer angeordnet, so kann das Licht hauptsächlich in Fahrtrichtung ausgekoppelt werden. Durch die unterschiedlichen Prismen in ihrer alternierenden Anordnung werden zwei Lichtbündel gebildet, die eine unterschiedliche Winkelbreite und Intensität erzeugen. In überraschender Weise hat sich aber gezeigt, dass dies vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann, so dass das aus dem Lichtleitkörper ausgekoppelte Licht homogen erscheint. Auch die ausgestrahlten Lichtfarben werden durch die alternierende Anordnung optimal durchmischt und bezüglich ihrer Homogenität verbessert. Folglich erfolgt keine weitere Farbverschiebung im emittierten Licht aus dem Lichtleitkörper. Da die lange Prismenflanke des kleinen Prismas der äußeren Einstrahlseite und das große Prisma der inneren Einstrahlrichtung zugeordnet sind, dominieren sie jeweils die farblichen Auskoppeleigenschaften an den Stellen, welchen den Lichtquellen örtlich näher liegen. Dadurch entstehen für die ausgekoppelten Farbanteile effektiv kürzere optische Weglängen, was die farblichen Verschiebungen mindert und folglich die Umsetzung längerer Lichtleitkörper ermöglicht. Die alternierende Anordnung von großen und kleinen Prismen führt zu einem fließenden Übergang der ausgekoppelten Farbanteile über der Längsachse.
Es kann vorgesehen sein, dass der Lichtleitkörper in Richtung der Längsachse durch eine erste und eine zweite Endfläche begrenzt ist, wobei eine erste Lichtquelle zur Lichteinkopplung über die erste Endfläche und eine zweite Lichtquelle zur Lichteinkopplung über die zweite Endfläche vorgesehen ist. Insbesondere hinsichtlich einer gleichmäßigen Leuchtkraftverteilung über der Länge des Lichtleitkörpers ist eine Einkopplung von Licht über beide Endflächen des Lichtleitkörpers vorteilhaft. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Prismenstruktur aus großen und kleinen Prismen, die in Richtung der Längsachse des Lichtleitkörpers abwechselnd zueinander angeordnet sind, kann beidseitig eingekoppeltes Licht mit der Prismenstruktur besonders vorteilhaft zusammenwirken. Daher werden zwei Lichtquellen an den Endflächen des Lichtleitkörpers angeordnet und das Licht jeweils über eine Einkoppeloptik in den Lichtleitkörper eingekoppelt. Dies führt zu einer Kompensation der Farbverschiebungen, und es können effektiv optisch kürzere Wege bis zur Auskopplung über die Prismenstruktur und die Lichtauskoppelfläche des Lichtleitkörpers umgesetzt werden. Die Auskopplung erfolgt folglich über die jeweiligen großen und kleinen Prismen, wobei die Ausrichtung der Prismen derart ausgeführt ist, dass die Prismen abwechselnd der Einstrahlrichtung durch die erste Lichtquelle und der Einstrahlrichtung durch die zweite Lichtquelle zuzuordnen sind.
Die großen Prismen besitzen eine erste und eine zweite Flanke, wobei auch die kleinen Prismen über eine erste und eine zweite Flanke verfügen. Der Flankenwinkel der ersten Flanke und der zweiten Flanke der großen Prismen sind derart ausgeführt, dass das eingekoppelte Licht durch die erste Flanke eine Brechung erfährt und über die zweite Flanke eine totalreflektierende Auskopplung des Lichtes erfolgen kann. Somit wird bezüglich der Strahlführung das Problem der zum Totalreflexionseffekt gegenläufigen Einkopplungsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Lichtquelle derart gelöst, dass über die erste Flanke des ersten Prismas eine brechende Vorrichtung in Richtung zur zweiten Flanke des ersten Prismas erfolgt, so dass über die zweite Flanke eine totalreflektierende Auskopplung ermöglicht wird. Nach der Vorbrechung hat der Lichtstrahl den Lichtleitkörper verlassen, jedoch wird dieser durch eine gegenüberliegende Flanke des ersten Prismas wieder eingekoppelt. Aufgrund der kleineren Ausführung des zweiten Prismas kann der außerhalb des Lichtleitkörpers verlaufende Lichtstrahl über dem zweiten Prisma verlaufen, um auf die gegenüberliegende Flanke des benachbarten großen Prismas aufzutreffen und in den Lichtleitkörper wieder einzukoppeln.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erste Flanke und die zweite Flanke der kleinen Prismen derart ausgeführt sind, dass das Licht durch die erste Flanke aus dem Lichtleitkörper auskoppelbar und über die zweite Flanke eines weiteren benachbarten kleinen Prismas wieder einkoppelbar ist, wobei zwischen den beiden kleinen Prismen ein großes Prisma angeordnet ist, das das ausgekoppelte Licht zur Wiedereinkopplung in den Lichtleitkörper in Richtung zur zweiten Flanke umlenkt. Durch die periodische Aufeinanderfolge großer und kleiner Prismen können die eingekoppelten Lichtstrahlen beliebig oft durch die Flanken der großen und kleinen Prismen aus- und wieder eingekoppelt werden, bis der Lichtstrahl unter einem Winkel auf die Lichtauskoppelfläche des Lichtleitkörpers auftritt, der außerhalb des Winkels zur Totalreflexion liegt.
Die erste und die zweite Flanke der großen Prismen können derart ausgeführt sein, dass das Licht durch die erste Flanke aus dem Lichtleitkörper auskoppelbar ist und über die zweite Flanke eines weiteren großen Prismas in den Lichtleitkörper wieder eingekoppelt werden kann. Grundsätzlich kann die Vorbrechung durch ein erstes Prisma und die Wiedereinkopplung durch ein zweites Prisma aus beiden Richtungen der Lichteinkopplung in den Lichtleitkörper erfolgen. Neben der einfachen Auskopplung durch eine einmalige Reflexion des Lichtes an einem der beiden Prismen kann eine Totalreflexion auf der Lichtauskoppelfläche vermieden werden, so dass eine einfache Lichtauskopplung erfolgt. Die Bildung einer Vorbrechung eines ersten Prismas und einer Wiedereinkopplung und anschließender Auskopplung über die Lichtauskoppelfläche durch ein zweites Prisma erfolgt vorzugsweise in den Bereichen des Lichtleitkörpers, in denen dieser eine besonders starke Krümmung aufweist.
Eine besondere Ausführungsform des Flankenwinkels der ersten Flanke des großen Prismas bezogen auf die Längsachse des Lichtleitkörpers besitzt einen größeren Wert als 30° und bevorzugt einen Wert von 58°. Der Flankenwinkel der zweiten Flanke des großen Prismas besitzt größeren Wert als 30° und bevorzugt einen Wert von 72°. Der Flankenwinkel der ersten Flanke des kleinen Prismas bezogen auf die Längsachse des Lichtleitkörpers kann einen größeren Wert als 30° und bevorzugt einen Wert von 68° aufweisen, wobei der Flankenwinkel der zweiten Flanke des kleinen Prismas einen über der Länge veränderlichen Wert von 10° bis 42° und bevorzugt einen Wert von 35° aufweist. Daraus folgt, dass die großen Prismen in Richtung zur ersten Lichtquelle hin geöffnet sind, wohingegen die kleinen Prismen in Richtung zur gegenüberliegenden zweiten Lichtquelle hin geöffnet sind. Die jeweilige Öffnung entsteht durch die unterschiedlich langen Flanken der Prismen, so dass eine Einstrahlung der Lichtstrahlen von einer ersten Lichtquelle in die großen Prismen erleichtert ist, wohingegen eine Einstrahlung von Licht in die kleinen Prismen aus Richtung der zweiten Lichtquelle verbessert ist. Die Auskopplung und damit die Erzeugung einer Vorrichtung durch Umlenkung des Lichtstrahls erfolgt durch die kurzen Flanken der Prismen, wobei eine direkte Reflexion der Lichtstrahlen innerhalb des Lichtleitkörpers bevorzugt durch die langen Flanken der Prismen erfolgt, um an der gegenüberliegenden Lichtauskoppelfläche aus dem Lichtleitkörper auszukoppeln.
Die erste und die zweite Lichtquelle können als Leuchtdioden ausgeführt sein, wobei zwischen den Leuchtdioden und dem Lichtleitkörper jeweils wenigstens ein Einkoppelkörper mit einer zugeordneten Einkoppeloptik vorgesehen ist, und die Leuchtdioden auf einer jeweiligen Trägerplatine aufgenommen sind. Die Längsachse des Lichtleitkörpers kann eine Krümmung gegenüber der Längsachse des Kraftfahrzeugs aufweisen, die über die Länge des Lichtleitkörpers veränderlich ist. Die Krümmung kann erforderlich sein, wenn der Lichtleitkörper an die Krümmung der Fahrzeugaußenhaut angepasst ist. Beispielsweise kann sich der Lichtleitkörper unterhalb eines Scheinwerfers erstrecken und einen langen Abschnitt aufweisen, der sich über der Breite des Fahrzeugs im Frontbereich erstreckt und in einem kurzen, gekrümmten Abschnitt übergeht, der in den Seitenbereich des Kraftfahrzeugs hinein verläuft. Die Prismenstruktur folgt dabei dem Verlauf des Lichtleitkörpers, um auch im Seitenbereich des Fahrzeugs eine Emission des Lichtes aus der Lichtauskoppelfläche zu erreichen. Durch das Prinzip der brechenden Vorrichtung durch die Wechselwirkung zwischen den großen Prismen und den kleinen Prismen kann eine Totalreflexion auch bei größerem Krümmungsradius des Lichtleitkörpers aufrecht erhalten bleiben, und der Lichtleitkörper emittiert das Licht auch bei stärkeren Krümmungen gleichmäßig entlang der Längsachse.
Eine weitere Verbesserung der Lichtauskopplung kann durch Planflächen erreicht werden, die zwischen den großen und den kleinen Prismen angeordnet sind. Die Planflächen können auch zwischen jedem zweiten Prisma angeordnet sein, so dass ein großes und ein kleines Prisma paarweise zwischen jeweiligen Planflächen geordnet aufeinander folgen. Die Planflächen bilden auskoppelfreie Zwischenbereiche zwischen den Prismen, an denen eine Totalreflexion des Lichtes innerhalb des Lichtleitkörpers erfolgt.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Darstellung eines Ausschnittes des Lichtleitkörpers mit Strahlengängen, die sowohl von einer ersten Lichtquelle als auch von einer zweiten Lichtquelle über die Endflächen des Lichtleitkörpers eingekoppelt werden, und durch eine Prismenstruktur auf der gegenüberliegenden Lichtsauskoppelfläche wieder ausgekoppelt werden,
2 eine perspektivische Ansicht des Lichtleitkörpers mit den endseitigen Lichtquellen sowie zugeordneten Trägerplatinen,
3 eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels der Prismenstruktur mit großen Prismen und kleinen Prismen, die periodisch aufeinander folgend in Längsrichtung des Lichtleitkörpers angeordnet sind,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strahlengangs mit einer Auskopplung durch eine Totalreflexion des Lichtstrahles an einem kleinen Prisma,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strahlengangs mit einer Vorbrechung durch ein kleines Prisma und eine Auskopplung durch die Ausnutzung einer Vorbrechung und
6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Auskopplung eines Lichtstrahls aus dem Lichtleitkörper unter Ausnutzung einer Vorbrechung durch die zweite Flanke des großen Prismas.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Lichtleitkörpers 1, wie dieser beispielsweise als Positionslicht oder als Tagfahrlicht für ein Kraftfahrzeug zur Anwendung kommt. Der Lichtleitkörper 1 erstreckt sich entlang einer Längsachse 2, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Geraden folgt, jedoch auch eine Krümmung mit einem veränderlichen Krümmungsradius aufweisen kann. Der Lichtleitkörper 1 verfügt über eine Lichtauskoppelfläche 3, die einen Umfangsbereich des Lichtleitkörpers 1 entlang der Längsachse 2 bildet. Über die Lichtauskoppelfläche 3 kann Licht, das zuvor in den Lichtleitkörper 1 eingekoppelt wurde, wieder ausgekoppelt werden. Lichtleitkörper 1 ermöglichen die Leitung von Licht, die auf dem Prinzip der Totalreflexion beruht. Trifft das durch den Lichtleitkörper 1 hindurchlaufende Licht auf die Wand des Lichtleitkörpers 1, die die Grenzfläche zur Außenseite bildet, so reflektiert das Licht wieder in den Lichtleitkörper 1 hinein, solange ein Grenzwinkel unterschritten ist. Wird jedoch das Licht von der Innenseite des Lichtleitkörpers 1 gegen die Lichtauskoppelfläche 3 aus einem Winkel gerichtet, der größer ist als der Grenzwinkel zur Totalreflexion, tritt das Licht aus dem Lichtleitkörper 1 aus.
Um das Licht über der Länge des Lichtleitkörpers 1 gleichverteilt in einem Winkel auf die Lichtauskoppelfläche 3 auftreffen zu lassen, der größer ist als der Grenzwinkel zur Totalreflexion, ist eine Prismenstruktur 4 vorgesehen, die auf der gegenüberliegenden Seite der Lichtauskoppelfläche 3 angeordnet ist und sich über der gesamten Lichtauskoppellänge des Lichtleitkörpers 1 entlang der Längsachse 2 erstreckt. Die Prismenstruktur 4 reflektiert das Licht über Flanken, durch die die Prismen gebildet werden. Da die Flanken relativ zur Oberfläche der Lichtauskoppelfläche 3 einen Winkel einschließen, kann der Grenzwinkel zur Totalreflexion in Richtung zur Lichtauskoppelfläche 3 kontrolliert erreicht und überschritten werden.
Erfindungsgemäß weist die Prismenstruktur 4 große Prismen P1 einer ersten geometrischen Form und kleine Prismen P2 einer zweiten geometrischen Form auf, wobei die Prismen P1 und die Prismen P2 zueinander abwechselnd entlang der Längsachse 2 des Lichtleitkörpers 1 angeordnet sind.
Zur Einspeisung des Lichtes in den Lichtleitkörper 1 sind zwei Lichtquellen vorgesehen, wobei eine erste Lichtquelle L1 das Licht über eine erste Endfläche des Lichtleitkörpers 1 und eine zweite Lichtquelle L2 Licht über eine gegenüberliegende zweite Endfläche des Lichtleitkörpers 1 einkoppelt. Damit können effektiv kürzere optische Wege bis zur Auskopplung realisiert werden. Beispielhaft sind drei Lichtstrahlen dargestellt, die über die Lichtauskoppelfläche 3 aus dem Lichtleitkörper 1 austreten. Innerhalb des Lichtleitkörpers 1 sind mehrere Strahlengänge dargestellt, wobei erkennbar ist, dass das in den Lichtleitkörper 1 eingekoppelte Licht entweder lediglich einfach an einem der Prismen P1 oder P2 reflektieren und über die Lichtauskoppelfläche 3 austreten kann. Jedoch sind auch Strahlverläufe dargestellt, die eine Auskopplung des Lichts über ein großes Prisma P1 oder ein kleines Prisma P2 erfahren, wobei zunächst eine Vorbrechung des Lichtes erfolgt, um durch ein weiteres Prisma P1 oder P2 wieder in den Lichtleitkörper 1 einzukoppeln. Dabei kann direkt eine Auskopplung über die Lichtauskoppelfläche 3 erfolgen, wobei auch ein Weitergang der Strahlung nach Wiedereintritt in den Lichtleitkörper 1 möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer abwechselnden Aufeinanderfolge von großen Prismen P1 und kleinen Prismen P2 jeweils unterschiedlicher geometrischer Form wird der Vorteil erreicht, dass keine Farbverschiebungen des ausgekoppelten Lichtes sichtbar sind, wobei zugleich ein Verlust der Totalreflexion vermieden wird, falls die Längsachse 2 des Lichtleitkörpers 1 eine stärkere Krümmung aufweist. Die erste geometrische Form der großen Prismen P1 kann sich gegenüber der zweiten geometrischen Form der kleinen Prismen P2 lediglich in der Größe der Prismen unterscheiden, wobei auch die Form der Prismen und die Winkel der ersten und zweiten Flanke der Prismen P1 und P2 voneinander unterschieden werden können, anderenfalls hingegen auch gleich ausgeführt sein können. Der Lichtleitkörper 1 dient zur Aussendung von Licht in einer Fahrtrichtung 11, wobei die Richtung der Lichtauskopplung wenigstens um einen Winkel γ von der Fahrtrichtung abweichen kann, wobei der Winkel γ beispielsweise 20° beträgt. Nimmt der Winkel zwischen der Längsachse 2 und der Fahrtrichtung 11 mit zunehmender Krümmung des Lichtleitkörpers 1 weiter zu, beispielsweise in dem Bereich, in dem dieser sich um die Fahrzeugfront herum erstreckt, so kann die Abweichung der Richtung des emittierten Lichtes von der Fahrtrichtung 11 weiter zunehmen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Lichtleitkörpers 1, der sich entlang einer gebogenen Längsachse 2 mit einem veränderlichen Krümmungsradius erstreckt. Eine derartige geometrische Ausbildung eines Lichtleitkörpers 1 kann bei Scheinwerfern Anwendung finden, in denen der Lichtleitkörper 1 eingesetzt wird und eine Tagfahrlicht-, eine Positionslicht- oder beispielsweise eine Blinklichtfunktion erfüllt. Der Lichtleitkörper 1 kann über ein Halteelement 9 unterstützt werden, das entlang der freien Länge des Lichtleitkörpers 1 angeordnet ist. Endseitig ist der Lichtleitkörper 1 über Umlenkkörper 5a und 5b aufgenommen, die zugleich als Einkoppelkörper wirken. Die Verbindung zwischen dem Lichtleitkörper 1 und den Umlenkkörpern 5a und 5b kann eine Steckverbindung umfassen, wobei die freien Enden der Einkoppelkörper 5a und 5b mit den Lichtquellen L1 und L2 über Einkoppeloptiken 6a und 6b verbunden sind. Um den Lichtleitkörper 1 endseitig aufzunehmen, ist eine Trägerplatine 7a und 7b vorgesehen, die wiederum über Befestigungsmittel 8, beispielsweise im Scheinwerfer oder am Kraftfahrzeug selbst, aufgenommen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Lichtleitkörper 1 sowohl den lichtemittierenden Körper selbst als auch die Mittel zur Lichteinkopplung und zur mechanischen Aufnahme des Lichtleitkörpers 1. Betreffend den Winkel γ zwischen der Fahrtrichtung 11 und der Normalen auf der Tangente der Lichtauskoppelfläche 3 ist erkennbar, dass dieser entlang der Längsachse 2 in Richtung zur stärkeren Krümmung hin zunimmt. Die Prismenstruktur kann daher hinsichtlich ihrer Flankenwinkel entlang der Längsachse 2 veränderlich ausgebildet sein, sodass eine Lichtemission auch mit zunehmendem Winkel γ noch etwa in Richtung zur Fahrtrichtung 11 erfolgt, wobei bei weiter zunehmender Krümmung um die Fahrzeugfront herum auch eine seitlich zur Fahrtrichtung erfolgende Lichtemission möglich ist.
3 zeigt eine Detailansicht eines Ausschnittes des Lichtleitkörpers 1. Dieser erstreckt sich entlang einer geradeaus gebildeten Längsachse 2, wobei auf einer ersten Seite eine Lichtauskoppelfläche 3 unterseitig dargestellt ist, und auf der gegenüberliegenden Seite eine Prismenstruktur 4 gezeigt ist, die aus abwechselnd angeordneten großen Prismen P1 und kleinen Prismen P2 besteht. Die großen Prismen P1 besitzen eine erste Flanke F1.1 und eine gegenüberliegende zweite Flanke F1.2. Die erste Flanke F1.1 besitzt einen Flankenwinkel α1.1 relativ zur Längsachse 2 des Lichtleitkörpers 1. Der Flankenwinkel α1.2 der zweiten Flanke F1.2 kann dem Flankenwinkel α1.1 entsprechen oder geringfügig größer ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Flankenwinkel α1.1 der ersten Flanke relativ zur ersten Längsachse 2 einen Wert von ca. 60° aufweisen, wobei der Flankenwinkel α1.2 der zur zweiten Flanke F1.2 relativ zur Längsachse 2 einen Winkel von 70° besitzen kann. Damit entsteht eine geringfügige Öffnung des großen Prismas in einer ersten Richtung, die durch die Lichtquelle L1 angedeutet ist.
Das kleine zweite Prisma P2 besitzt eine erste Flanke F2.1 mit einem Flankenwinkel α2.1 und eine gegenüberliegende zweite Flanke F2.2 mit einem Flankenwinkel α2.2 jeweils relativ zur Längsachse 2. Das zweite Prisma P2 kann in Richtung zur gegenüberliegenden zweiten Lichtquelle L2 geöffnet sein, so dass die erste Flanke F2.1 des zweiten Prismas P2 einen Winkel von 68° zur Längsachse 2 besitzen kann, wobei die gegenüberliegende Flanke F2.2 des kleinen Prismas P2 einen Winkel von lediglich 35° aufweist. Folglich ist das kleine Prisma P2 in Richtung zur zweiten Lichtquelle L2 stärker geöffnet als das große Prisma P1 in Richtung zur ersten Lichtquelle L1. Im Folgenden sind beispielhaft Strahlengänge dargestellt, um über verschiedene Reflexionsverhältnisse an oder innerhalb der Prismenstruktur 4 aus dem Lichtleitkörper 1 eine Auskopplung des Lichtes zu erreichen.
4 zeigt ein erstes Beispiel eines Strahlengangs innerhalb des Lichtleitkörpers 1 aus Richtung der Lichtquelle L1. Der Lichtstrahl trifft auf die zweite Flanke F2.2 des kleinen Prismas P2 auf, wobei der Flankenwinkel α2.2 der zweiten Flanke F2.2 derart bemessen ist, dass der Lichtstrahl relativ zur Längsachse 2 unter einem Winkel auf die Lichtauskoppelfläche 2 auftrifft, der größer als der Grenzwinkel α_G zur Totalreflexion ist. Im Ergebnis tritt der Lichtstrahl direkt aus dem Lichtleitkörper 1 aus. Aus fertigungstechnischen Gründen sind zwischen den großen Prismen P1 und den kleinen Prismen P2 Planflächen 10 eingebracht, sodass die Flanken der Prismen nicht in einer innen liegenden Spitzkehle aufeinander zulaufen.
5 zeigt einen weiteren Strahlengang innerhalb des Lichtleitkörpers 1 aus Richtung der zweiten Lichtquelle L2. Der Strahlengang durchläuft nach Auskopplung durch das kleine Prisma P2 das große Prisma P1 und wird über ein weiteres benachbartes kleines Prisma P2 wieder in den Lichtleitkörper 1 eingekoppelt. Dabei trifft der Lichtstrahl auf die Lichtauskoppelfläche 3 auf, wobei der Totalreflexionswinkel noch nicht überschritten ist und der Lichtstrahl innerhalb des Lichtleitkörpers 1 verbleibt. Durch Reflexion an der Lichtauskoppelfläche 3 trifft der Lichtstrahl wieder auf die Prismenstruktur 4, wobei der Strahl erneut durch das kleine Prisma P2 ausgekoppelt wird und das große Prisma P1 durchläuft. Nach erneuter Umlenkung durch das große Prisma P1 koppelt der Lichtstrahl durch das benachbarte zweite kleine Prisma P2 wieder ein, wobei die Einkopplung durch die zweite Flanke erfolgt und eine Reflexion an der ersten Flanke möglich wird. Dabei trifft der Lichtstrahl unter einem Winkel auf die Lichtauskoppelfläche 3 auf, der über dem Grenzwinkel zur Totalreflexion liegt. Folglich koppelt der Lichtstrahl aus dem Lichtleitkörper 1 aus. Durch dieses Prinzip wird eine Aufrichtung des Strahlengangs bezüglich des Effektes der Totalreflexion erreicht, so dass ein zunächst stumpfer Winkel durch die Vorbrechung durch P1 und P2 im Strahlenverlauf in einen spitzen Winkel überführt wird, der beispielsweise größer als 40° relativ zur Längsachse 2 sein kann. Folglich kann eine sukzessive Änderung des Winkels des Lichtstrahls relativ zur Längsachse 2 erfolgen, so lange der Lichtstrahl nicht den Grenzwinkel zur Totalreflexion überschreitet und über die Lichtauskoppelfläche 2 austritt. Erst wenn der Lichtstrahl einen Winkel erreicht, der größer als der Grenzwinkel ist, koppelt der Lichtstrahl aus der Lichtauskoppelfläche 3 aus. Mit diesem Prinzip kann das Problem überwunden werden, bei einem gekrümmten Verlauf der Längsachse 2 keine verstärkte Lichtauskopplung zu erfahren, sodass eine homogene Lichtverteilung über der gesamten Länge des Lichtleiters ermöglicht ist.
6 zeigt einen weiteren Strahlengang innerhalb des Lichtleitkörpers 1, wobei der Lichtstrahl erneut zunächst an der Lichtauskoppelfläche 3 reflektiert. Der Lichtstrahl tritt über die erste Flanke des großen Prismas P1 aus dem Lichtleitkörper 1 aus. Durch die damit erfolgte Vorbrechung trifft der Lichtstrahl auf ein weiteres großes Prisma P1 und erfährt eine Vorbrechung. Diese richtet den Lichtstrahl auf ein weiteres großes Prisma P1, in das der Lichtstrahl durch die zweite Flanke wieder eingekoppelt wird und an der ersten Flanke des großen Prismas P1 in Richtung zur Lichtauskoppelfläche 3 reflektiert. Die Reflexion erfolgt dabei unter einem Winkel relativ zur Längsachse 2, der eine Auskopplung des Lichtstrahls aus der Lichtauskoppelflache 3 ermöglicht.
Im Ergebnis wird eine Prismenstruktur 4 vorgeschlagen, die eine Auskopplung von eingekoppeltem Licht aus unterschiedlichen Richtungen ermöglicht, wobei die Empfindlichkeit gegen einen Krümmungsverlauf der Längsachse 2 des Lichtleitkörpers 1 stark reduziert ist. Ferner wird das Problem der Farbverschiebung überwunden, da entlang des Lichtleitkörpers 1 das Licht sowohl von der ersten Lichtquelle L1 als auch von der zweiten Lichtquelle L2 gleich verteilt zum Austritt über die Lichtaustrittsfläche 3 gebracht wird.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrach macht.

1: Lichtleitkörper
2: Längsachse
3: Lichtauskoppelfläche
4: Prismenstruktur
5a, 5b: Einkoppelkörper/Umlenkung
6a, 6b: Einkoppeloptik
7a, 7b: Trägerplatine
8: Befestigungsmittel
9: Halteelement
10: Planfläche
11: Fahrtrichtung
P1: großes Prisma
P2: kleines Prisma
L1: erste Lichtquelle
L2: zweite Lichtquelle
F1.1: erste Flanke des großen Prismas
F1.2: zweite Flanke des großen Prismas
F2.1: erste Flanke des kleinen Prismas
F2.2: zweite Flanke des kleinen Prismas
α1.1: Flankenwinkel der ersten Flanke (F1.1) des großen Prismas (P1)
α1.2: Flankenwinkel der zweiten Flanke (F1.2) des großen Prismas (P1)
α2.1: Flankenwinkel der ersten Flanke (F2.1) des kleinen Prismas (P2)
α2.2: Flankenwinkel der zweiten Flanke (F2.2) des kleinen Prismas (P2)
γ: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10328216 A1 [0002]

Claims

Lichtleitkörper (1), insbesondere zur Anwendung als Positionslicht oder als Tagfahrlicht für ein Kraftfahrzeug, der sich entlang einer Längsachse (2) erstreckt, wobei in den Lichtleitkörper (1) Licht einkoppelbar ist, das aus einer entlang des Lichtleitkörpers (1) ausgebildeten Lichtlauskoppelfläche (3) auskoppelbar ist, wobei in der der Lichtauskoppelfläche (3) gegenüberliegenden Funktionsfläche des Körpers eine Prismenstruktur (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prismenstruktur (4) große Prismen (P1) einer ersten geometrischen Form und kleine Prismen (P2) einer zweiten geometrischen Form aufweist, die entlang der Längsachse (2) abwechselnd zueinander angeordnet sind.
Lichtleitkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitkörper (1) in Richtung der Längsachse (2) durch eine erste und eine zweite Endfläche begrenzt ist, wobei eine erste Lichtquelle (L1) zur Lichteinkopplung über die erste Endfläche und eine zweite Lichtquelle (L2) zur Lichteinkopplung über die zweite Endfläche vorgesehen ist.
Lichtleitkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die großen Prismen (P1) eine erste Flanke (F1.1) und eine zweite Flanke (F1.2) und die kleinen Prismen (P2) eine erste Flanke (F2.1) und eine zweite Flanke (F2.2) aufweisen.
Lichtleitkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenwinkel der ersten Flanke (F1.1) und der zweiten Flanke (F1.2) der großen Prismen (P1) derart ausgeführt sind, dass das eingekoppelte Licht durch die erste Flanke (F1.1) eine Brechung erfährt und über die zweite Flanke (F1.2) eine totalreflektierende Auskopplung des Lichtes erfolgt.
Lichtleitkörper (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flanke (F2.1) und die zweite Flanke (F2.2) der kleinen Prismen (P2) derart ausgeführt sind, dass das Licht durch die erste Flanke (F2.1) aus dem Lichtleitkörper (1) auskoppelbar und über die zweite Flanke (F2.2) eines weiteren kleinen Prismas (P2) wieder einkoppelbar ist, wobei zwischen den beiden kleinen Prismen (P2) ein großes Prisma (P1) angeordnet ist, das das ausgekoppelte Licht zur Wiedereinkoppelung in den Lichtleitkörper (1) in Richtung zur zweiten Flanke (F2.2) umlenkt.
Lichtleitkörper (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flanke (F1.1) und die zweite Flanke (F1.2) der großen Prismen (P1) derart ausgeführt sind, dass das Licht durch die erste Flanke (F1.1) aus dem Lichtleitkörper (1) auskoppelbar und über die zweite Flanke (F1.2) eines weiteren großen Prismas (P2) in den Lichtleitkörper (1) wieder einkoppelbar ist.
Lichtleitkörper (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (α1.1) der ersten Flanke (F1.1) des großen Prismas (P1) bezogen auf die Längsachse (2) einen größeren Wert als 30° und bevorzugt einen Wert von 60° aufweist, wobei der Flankenwinkel (α1.2) der zweiten Flanke (F1.2) des großen Prismas (P1) einen größeren Wert als 30° und bevorzugt einen Wert von 70° aufweist.
Lichtleitkörper (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (α2.1) der ersten Flanke (F2.1) des kleinen Prismas (P2) bezogen auf die Längsachse (2) einen größeren Wert als 30° und bevorzugt einen Wert von 70° aufweist, wobei der Flankenwinkel (α2.2) der zweiten Flanke (F2.2) des kleinen Prismas (P2) einen Wert von 10° bis 42° und bevorzugt einen Wert von etwa 30° aufweist.
Lichtleitkörper (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle (L1) und die zweite Lichtquelle (L2) als Leuchtdioden ausgeführt sind, wobei zwischen den Leuchtdioden und dem Lichtleitkörper (1) wenigstens ein Einkoppelkörper (5a, 5b) mit einer zugeordneten Einkoppeloptik (6a, 6b) vorgesehen ist und wobei die Leuchtdioden auf einer jeweiligen Trägerplatine (7a, 7b) aufgenommen sind.
Lichtleitkörper (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (2) eine partielle Krümmung gegenüber der Längsachse des Kraftfahrzeugs aufweist, die über der Länge des Lichtleitkörpers (1) veränderlich ist.
Lichtleitkörper (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den großen Prismen (P1) und den kleinen Prismen (P2) Planflächen (10) ausgebildet sind.