BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Aspekte der hier vorgestellten Erfindung betreffen eine optische Vorrichtung, die wenigstens eine Lichtquelle, insbesondere eine LED, einen Lichtleiter mit einer Lichteinkoppelfläche und mit einer Lichtauskoppelfläche, und eine ein oder mehrere optische Elemente aufweisende Projektionsoptik umfasst. Die Projektionsoptik ist dabei ausgelegt, ein aus der Lichtquelle über die Lichteinkoppelfläche in den Lichtleiter eingestrahltes und aus dessen Auskoppelfläche ausgekoppeltes Licht auf eine in einem Abstand von der optischen Vorrichtung vorgesehene Projektionsebene zu projizieren, um dort ein Bild eines Musters einer der Lichtauskoppelfläche im Strahlengang nachgelagerten Bildmaske, insbesondere eines Gobos zu erzeugen. Die Aspekte betreffen insbesondere auch einen statischen Projektor und/oder einen Gobo-Projektor.

Stand der Technik

Solche optischen Vorrichtungen finden insbesondere in statischen Projektoren Verwendung. Allgemein dienen statische Projektoren dazu, ein Bild eines Logos oder Zeichens in einer Projektionsebene zu erzeugen, die durch eine beliebige Fläche, beispielsweise eine Wand oder ein Boden in einem Theater (Bühnenbeleuchtung), oder im Automobilbereich eine von einem Fahrzeug aus beleuchtete Straße etc. repräsentiert sein kann. Bekannte statische Projektoren sind gewöhnlich aus einer Lichtquelle, häufig Halogenlampen oder insbesondere auch LEDs oder Laserdioden, einer Illuminationsoptik zum Aufsammeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts, einem Modulator wie etwa eine Bildmaske beziehungsweise ein Gobo (graphical optical blackout), und aus einer Projektionsoptik aufgebaut.

Mit Hilfe der Aufsammel- bzw. Illuminationsoptik kann das von der Lichtquelle abgegebene Licht z.B. auf ein Gobo gelenkt werden, bei dem es sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit um ein chrom- oder aluminiumbeschichtetes Klarglas oder im Fall von LEDs als Lichtquellen auch um entsprechend beschichteten oder behandelten Kunststoff handeln kann. Die transparenten Bereiche des Gobos werden dadurch ausgeleuchtet, so dass durch die Projektionsoptik anschließend ein Bild der durch den Gobo definierten Maske in der Projektionsebene erzeugt werden kann.

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer bekannten optischen Vorrichtung 100 gezeigt, wie sie im Automobilbereich Verwendung finden kann. Eine Lichtquelle 116, die vorzugsweise als LED mit einer sich in einer X-Y-Ebene erstreckenden lichtemittierenden Oberfläche mit einer Fläche von z.B. 1 mm ² ausgebildet und auf einer Platine montiert ist, emittiert Licht entlang einer zur X-Y-Ebene senkrechten Hauptabstrahlrichtung Z, die gleichzeitig die optische Achse eines Systems aus zwei Kollimationslinsen 110 sowie einem Triplett aus Projektionslinsen 120 ausbildet. Die Kollimationslinsen 110 bilden eine Illuminationsoptik für die im Strahlengang nachfolgend angeordnete Bildmaske 114 bzw. den Gobo, und homogenisieren bzw. kollimieren das Licht zu diesem Zweck. Die Linsen 120 bilden eine Projektionsoptik, die das Licht durch eine Apertur 122 bzw. Lochblende hindurch in eine in Fig. 1 nicht gezeigte Projektionsebene projizieren.

Bei den nicht nur in Fahrzeugen hohen Anforderungen an geringem Bauraum und geringer Wärmeentwicklung werden vorzugsweise LEDs verwendet. Dennoch beträgt eine Länge der in Fig. 1 gezeigten optischen Vorrichtung 100 beispielsweise immer noch ungefähr 28 mm. Von den durch die LED erzeugten 320 Im an Lichtstrom erreichen beispielsweise nur 130 Im die Bildmaske 114 (d.h., 40,6 %) und 50 Im die für die Projektion vorgesehene (imaginäre) Projektionsebene (d.h., 15,6 %, ohne Abzug der Bildmaskenabsorption). Um eine befriedigende Beleuchtungsstärke zu erhalten muss daher die Leistung der LED hinreichend groß bemessen sein, welches aber negative Auswirkungen auf die Wärmeentwicklung hat und weitere Maßnahmen der Wärmeabfuhr erforderlich macht.

Fig. 2 zeigt ein weiteres bekanntes Beispiel einer optischen Vorrichtung 200. Im

Unterschied zur in Fig. 1 gezeigten optischen Vorrichtung 100 ist hierbei die

Illuminationsoptik durch einen Lichtleiter 210 (mit Flansch 218 zum Positionieren und Befestigen des Lichtleiters 210) bereitgestellt, wobei eine Bildmaske 214 in einer Ausnehmung des Flanschabschnittes aufgenommen ist. Der Lichtleiter 210 dient als Lichtmischstab beziehungsweise Integrator und besitzt die Form eines sich verjüngenden Stabs (Taper) und kann z.B. aus Glas, Kunststoff oder Silicon gebildet sein. Die Lichtmischung aufgrund von vielfachen inneren Totalreflexionen der aufgesammelten Lichtstrahlen an den Seitenflächen des Lichtleiters führt zu einer sehr guten und gewünschten Homogenisierung des resultierenden Lichtstrahlbündels. Die Lichteinkoppelfläche 211 kann sehr nah an die Lichtabstrahlfläche (im Beispiel nur noch 0,6 mm ² ) der LED (bzw. Lichtquelle 216) geführt werden, so dass die Ausbeute vergleichsweise hoch ist. Ferner wird in der optischen Anordnung 200 die Projektionsoptik durch nur noch eine bi-konvexe Linse 220 gebildet, die das aus einer Lichtauskoppelfläche 212 des Lichtleiters 210 ausgekoppelte Licht durch die Apertur 222 bzw. Lochblende in die vorgesehene Projektionsebene (nicht gezeigt) projiziert.

In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel erzeugt die LED einen Lichtstrom von nur noch 113 Im, von welchem ein Anteil von 68,4 Im die Bildmaske erreicht (d.h., 60,5 %) und ein Anteil von 52,7 Im die vorgesehene Projektionsebene (z.B. einen Boden vom Fahrzeug ausgesehen) erreicht (d.h., 46,6 % ohne Abzug durch Maskenabsorption). Die Beleuchtungsstärke in der Projektionsebene (Boden) beträgt 400 Lux gegenüber 250 Lux im obigen Beispiel, und die Homogenität beträgt 72 % gegenüber 66 % in obigem Beispiel. Insbesondere beträgt aber die Länge der optischen Vorrichtung 200 nur noch 15,3 mm.

Trotz dieser Fortschritte gibt es immer noch das Bestreben, die Längendimension der optischen Vorrichtung zu verringern, und das Wärmebudget zu verbessern, bzw. bei vorgegebenem Wärmbudget mehr Leistung und Lichtstrom einsetzen zu können ohne dass die Dauerhaftigkeit der optischen Vorrichtung beeinträchtigt wird.

In der Druckschrift DE 10 2019 107 001 A1 wird eine optische Vorrichtung vorgeschlagen, die zwei optische Systeme umfasst, die individuell steuerbar sind. Die beiden optischen Systeme umfassen je eine LED, die Licht von einer umlaufenden Seitenfläche aus in einen schichtförmigen Lichtleiter einkoppeln kann. Das erste optische System besitzt eine Lichtauskoppelseite, über die das Licht des entsprechenden schichtförmigen Lichtleiters in eine dieser gegenüber liegende Lichteinkoppelseite des zweiten optischen Systems und damit in deren schichtförmigen Lichtleiter eingekoppelt werden kann. Mittels einer zwischen den optischen Systemen liegenden Bildmaske (Gobo) kann dabei ein Muster, Zeichen oder Logo übertragen werden. Auf der im zweiten optischen System anderen, gegenüberliegenden Seite befindet sich die eigentliche Lichtauskoppelseite der gesamten optischen Vorrichtung. Sowohl im ersten optischen System als auch im zweiten optischen System ist jeweils zwischen dem schichtförmigen Lichtleiter und der betreffenden Lichtauskoppelseite eine Lichtbeeinflussungsschicht angeordnet, bei der es sich um eine prismatische Folie handeln kann, die die Wahrnehmung der Helligkeit des abgestrahlten Lichts für den geeignet positionierten Betrachter erhöhen kann. Die vorgeschlagene optische Vorrichtung kann als Anzeige- und Signalfläche an Fahrzeugen angebracht sein und sich räumlich der jeweiligen Oberfläche anpassen.

Darstellung von Aspekten der Erfindung

Einigen der nachfolgend beschriebenen Aspekten liegt eine Aufgabe zugrunde, die oben mit Bezug auf die in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Nachteile zu adressieren und insbesondere eine optische Vorrichtung mit einer geringeren Längendimension bereitzustellen. Alternativ kann einigen hier vorgeschlagenen Aspekten auch eine Aufgabe zugrunde liegen, mehr Flexibilität beispielsweise auch hinsichtlich der farblichen Auswahl der Projektion zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine optische Vorrichtung, die wenigstens eine Lichtquelle, einen Lichtleiter, eine Licht-Recycling-Optik, eine Projektionsoptik und eine Bildmaske umfasst. Der Lichtleiter weist eine Lichteinkoppelfläche, die der wenigstens einen Lichtquelle zugewandt ist, um ein von der wenigstens einen Lichtquelle abgestrahltes Licht in den Lichtleiter einzukoppeln, und eine Lichtauskoppelfläche auf, durch welche das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht aus diesem ausgekoppelt wird.

Die Licht-Recycling-Optik ist ausgelegt, das aus der Auskoppelfläche ausgekoppelte

Licht stärker in eine Richtung zu einer Projektionsoptik zu lenken, oder anders ausgedrückt: eine Lichtstärke des aus der Lichtauskoppelfläche ausgekoppelten Lichts in Bezug auf eine gegenüberliegend angeordnete Projektionsoptik zu erhöhen. Sie dient dazu, das ausgekoppelte Licht besser zu verwerten, indem das Licht in Richtung zur Projektionsoptik gelenkt wird, während Lichtstrahlen, die in andere Richtungen entweichen würden, durch die Optik zu einem beträchtlichen Anteil "recycelt" werden, insbesondere durch mehrfache Rückreflexionen, solange, bis sie aufgrund des geometrischen Aufbaus der Licht-Recycling-Optik auch noch in Richtung der Projektionsoptik gelenkt werden. Ein diesbezügliches, nachfolgend beschriebenes Ausführungsbeispiel stellen Helligkeitsverbesserungsfolien (BEF, brightness enhancement films) dar, wie sie beispielsweise auf dem Gebiet der hintergrundbeleuchteten Flüssigkristallbildschirme (LCD, liquid crystal displays) bekannt sind. Die Lichtausbeute der Vorrichtung wird dadurch deutlich erhöht.

Die Projektionsoptik ist ausgelegt, das aus der Lichtauskoppelfläche ausgekoppelte Licht zumindest teilweise auf eine in einem Abstand von der optischen Vorrichtung vorgesehene (imaginäre oder reale) Projektionsebene zu projizieren. Die Projektionsoptik kann ein optisches Element (z.B. ähnlich wie in Fig. 2 gezeigt) oder aber auch mehrere optische Elemente (z.B. ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt) aufweisen. Die Bildmaske ist in einem Strahlengang des Lichts zwischen der Lichtauskoppelfläche und der Projektionsoptik vorgesehen. Bei der Bildmaske kann es sich um ein Gobo handeln, beispielsweise ein transparentes Substrat mit teilreflektierenden oder Licht absorbierenden Strukturen darauf, die ein abzubildendes Muster, Logo oder Zeichen repräsentieren bzw. dieses durch offen gelassene Bereiche ausbilden.

Vorgeschlagenen Aspekten der Erfindung zufolge ist der Lichtleiter als eine flache Schicht mit zwei einander in einem Abstand gegenüberliegenden Hauptflächen und zumindest einer den Rand der flachen Schicht ausbildenden Seitenfläche ausgebildet. Die wenigstens eine Lichtquelle ist der zumindest einen Seitenfläche zugewandt, so dass die Seitenfläche die Lichteinkoppelfläche ausbildet bzw. diese umfasst. Eine erste der beiden Hauptflächen bildet die Lichtauskoppelfläche aus und ist der Licht- Recycling-Optik und der Projektionsoptik zugewandt. Durch diesen Aufbau wird Licht in den Lichtleiter von der Seite eingekoppelt. Der Aufbau des Lichtleiters als flache Schicht hat zur Folge, dass seine Ausdehnung in der X- und Y-Richtung quer zur Hauptabstrahlrichtung Z größer ist als seine durch den Abstand zwischen den Hauptflächen festgelegte Dicke. Die Ausdehnung entlang der optischen Achse wird folglich erheblich verkürzt, da die Lichtquelle(n) seitlich angeordnet sind und die Homogenisierung des Lichts im Lichtleiter quer zur optischen Achse der Projektionsoptik erfolgt und die dafür benötigte Länge damit kaum mehr zur Gesamtlänge der Vorrichtung beiträgt. Damit einhergehend

Durch die Licht-Recycling-Optik wird dabei die Ausbeute des Lichts erheblich verbessert und die Praktikabilität der Vorrichtung überhaupt erst ermöglicht, während die Dicke einer solchen Optik ebenfalls wenig zur Länge der Vorrichtung beiträgt.

Damit einhergehend entsteht ein weiterer Vorteil dadurch, dass die Homogenität der Beleuchtungsstärke deutlich verbessert wird. Gründe dafür bestehen z.B. in einer größeren Anzahl der Reflexionen in dem Lichtleiter, speziellen Formen und Dichten der Auskoppelstrukturen sowie in der Einspeisung recycelten Lichts. Klassisch gilt, dass je länger z.B. der stabförmige Lichtleiter (Taper) ist, desto besser die Homogenisierung - auf Kosten der Gesamtlänge der Vorrichtung entlang der optischen Achse. Auch vorliegend kann eine gewünschte Länge des Lichtleiters gewählt werden. Diese erstreckt sich nun aber in Querrichtung und trägt damit nicht mehr zur Gesamtlänge in Hauptabstrahlrichtung bei.

Außerdem ermöglicht die flache Bauform des Lichtleiters eine sehr verteilte Anordnung von Lichtquellen bzw. Lichteinkoppelflächen, so dass ein wesentlicheres günstigeres Wärmebudget möglich wird und gegebenenfalls auch größere Anzahlen von Lichtquellen berücksichtigt werden können.

Einer Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge umfasst die Licht-Recycling- Optik der optischen Vorrichtung eine erste Helligkeitsverbesserungsfolie (englisch: brightness enhancement film, BEF), die oberhalb der ersten Hauptfläche angeordnet und eingerichtet ist, das aus der Auskoppelfläche ausgekoppelte Licht stärker in eine Richtung zu der Projektionsoptik zu lenken. Solche Folien konzentrieren das Licht in kleineren Winkeln und erreichen dadurch eine höhere Lichtstärke (Lichtstrom pro Raumwinkel). Dieser kleinere Raumwinkel ist auf die Projektionsoptik gerichtet. Solche Folien eigenen sich besonders für den vorgesehenen Zweck und sind besonders dünn. Ferner sind sie vergleichsweise kostengünstig.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge ist die erste Helligkeitsverbesserungsfolie eine erste prismatische Folie, deren prismenartige Zeilen sich entlang einer ersten Richtung erstrecken.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge umfasst die Licht- Recycling-Optik eine zweite Helligkeitsverbesserungsfolie, die oberhalb der ersten Hauptfläche angeordnet und eingerichtet ist, das aus der Auskoppelfläche ausgekoppelte Licht stärker in eine Richtung zu der Projektionsoptik zu lenken, und die eine zweite prismatische Folie ausbildet, deren prismenartige Zeilen sich entlang einer zweiten Richtung erstrecken, die quer zur ersten Richtung liegt, vorzugsweise senkrecht zu dieser. Durch beide Folien werden mit diesem Aufbau die Lichtstrahlen in bspw. zueinander senkrechten Richtungen linear zur gegenüberliegenden Projektionsoptik gelenkt. Alternativ ist es aber durchaus möglich eine einzige Helligkeitsverbesserungsfolie mit prismenartigen Zeilen einzurichten, die jeweils eine z.B. eine Polygonalform, insbesondere eine Hexagonalform besitzen, etc., wodurch ein ähnlicher Effekt erzielt werden kann.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge umfasst die optische Vorrichtung eine Diffusorschicht, die zwischen der ersten Hauptfläche und der ersten Helligkeitsverbesserungsfolie angeordnet ist und das ausgekoppelte Licht streut, bevor es von der Helligkeitsverbesserungsfolie in eine Richtung zu der Projektionsoptik gelenkt wird. Dies erhöht die Homogenität des ausgekoppelten Lichts.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge ist eine Oberfläche des Lichtleiters außer der jeweils der wenigstens einen Lichtquelle zugewandten Lichteinkoppelfläche und außer der Lichtauskoppelfläche mit einer nach innen reflektierenden Beschichtung versehen. Dies ermöglicht Mehrfachreflektionen im Lichtleiter und erhöht damit den Grad der Homogenisierung, aber auch den Grad der Lichtausbeute.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge umfasst die optische Vorrichtung eine Anzahl von Lichtauskoppelstrukturen, die in oder an der zweiten der beiden Hauptflächen eingerichtet und ausgelegt sind, das von der wenigstens Lichtquelle eingekoppelte und den Lichtleiter entlang laufende Licht zu reflektieren und durch die Lichtauskoppelfläche hindurch aus dem Lichtleiter heraus zu lenken. Solche Lichtauskoppelstrukturen können z.B. in den Kunststoff des Lichtleiters eingedrückt sein (oder im Fall von Glas eingeformt oder eingearbeitet sein), können aber auch als Tinte oder Farbe (engl. Paint) von der Oberfläche her eingebracht sein. Die Lichtauskoppelstrukturen sind bevorzugt nicht periodisch und haben unterschiedliche Formen, eine große Rauheit für Reflexion und Tiefe (falls sie als eingedrückte bzw. eingeprägte oder eingeformte etc. Strukturen ausgebildet sind).

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge ist die wenigstens eine Lichtquelle eine LED.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge sind eine Vielzahl von LEDs als Lichtquellen vorgesehen, die jeweils einer ihr zugeordneten Lichteinkoppelfläche zugewandt sind und Licht über diese Lichteinkoppelfläche in den Lichtleiter einkoppeln. Der flache schichtartige Lichtleiteraufbau ermöglicht einen vergleichsweise langen um laufenden Rand mit Seitenflächen, so dass umfangreiche Platzierungsmöglichkeiten für die Lichtquellen bestehen. Im Vergleich zum konventionellen Aufbau mit Kollimationslinsen oder stabförmigen Lichtleiter (Taper) ist dadurch die Flexibilität und ggf. auch die Leistung erhöht.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge emittieren wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, der LEDs Licht in einem voneinander verschiedenen Wellenlängenbereich. Es wird dadurch möglich, eine Projektion mit einer Farbdynamik zu realisieren. Es kann zu diesem Zweck eine entsprechende Steuervorrichtung vorgesehen sein, welche die Leistung der jeweiligen LEDs oder Gruppen von LEDs getrennt und individuell ansteuert. Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge legt jede der LEDs durch die Position und Ausrichtung sowie die ihr zugeordnete Lichteinkoppelfläche in dem Lichtleiter eine Abstrahlrichtung fest. Ferner ist ein in dem Lichtleiter der jeweiligen Lichteinkoppelfläche durch die Abstrahlrichtung direkt gegenüberliegender Bereich der zumindest einen den Rand der flachen Schicht ausbildenden Seitenfläche nicht als Lichteinkoppelfläche einer jeweils anderen der LEDs eingerichtet. Dies erhöht die Lichtausbeute, da einander unmittelbar gegenüberliegende LEDs das auf sie einfallende Licht der jeweils anderen LED zum großen Teil absorbieren würden.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge umfasst die optische Vorrichtung eine Apertur bzw. Lochblende, durch welche hindurch das Licht durch die Projektionsoptik in die vorgesehene Projektionsebene projiziert wird.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge beträgt eine Länge der optischen Vorrichtung gemessen entlang einer optischen Achse der Projektionsoptik einschließlich des Lichtleiters und der Apertur insgesamt 14 mm oder weniger. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge 13 mm oder weniger, weiter bevorzugt 12 mm oder weniger. Optimale Längen der optischen Vorrichtung betragen bevorzugt 11 mm oder weniger. Wie beschrieben bedeutet dies eine erhebliche Längenminderung und dadurch eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums, beispielsweise im Kraftfahrzeug, im Vergleich zum konventionellen Fall.

Einer weiteren Weiterbildung des beschriebenen Aspekts zufolge beträgt eine Länge des Lichtleiters gemessen entlang einer optischen Achse der Projektionsoptik einschließlich der möglichen Beschichtungen und Folien wie oben beschrieben, aber ohne Bildmaske insgesamt 3 mm oder weniger.

Aspekte der vorgeschlagenen Lösung richten sich auch auf ein Fahrzeug, das eine optische Vorrichtung gemäß oben genannten Aspekten, Ausgestaltungen oder Weiterbildungen aufweist, wobei die Hauptabstrahlrichtung der optischen Vorrichtung von einer entsprechenden Bauposition am Fahrzeug auf einen Boden gerichtet ist, auf dem das Fahrzeug steht oder fährt, wobei der Boden die vorgesehene Projektionsebene ausbildet. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)

Es zeigen:

Fig.1 in einer schematischen Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel, bei dem als Illuminationsoptik Kollimationslinsen verwendet werden;

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem als Illuminationsoptik ein als Taper ausgeführter Lichtleiter verwendet wird;

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch einen als flache Schicht ausgebildeten Lichtleiter einer optischen Vorrichtung gemäß einen Ausführungsbeispiel, mit Lichtquelle, Licht-Recycling Optik und Bildmaske (Gobo);

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine Seitenansicht der optischen Vorrichtung aus Fig. 4 von vom rechts;

Fig. 6 eine Seitenansicht der optischen Vorrichtung aus Fig. 4 von vom links;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die optische Vorrichtung aus Fig. 4 von oben. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer optischen Vorrichtung 1 gemäß hier vorgeschlagener Aspekte ist in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung insbesondere einen Querschnitt durch einen als flache Schicht ausgebildeten Lichtleiter 10 einer optischen Vorrichtung 1 mit Lichtquelle 16, Licht- Recycling Optik und Bildmaske 14 (Gobo). Eine Projektionsoptik und eine Apertur bzw. Lochblende sind hier der Einfachheit halber weggelassen.

Der Lichtleiter 10 ist als flache Schicht aus Kunststoff (alternativ: Glas) ausgebildet und besitzt eine Dicke von ungefähr 1 ,5 mm. Die Werte der Ausdehnung der Schicht in den zueinander senkrechten X- und Y-Richtung quer zur Hauptabstrahlrichtung Z können wie im nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit z.B. zwischen 20 und 30 mm betragen, jedenfalls deutlich mehr als die Dicke und entsprechende Logo-Größe 143. Der Lichtleiter 10 besitzt eine erste Hauptfläche 30 und eine zweite Hauptfläche 32, die der ersten Hauptfläche 30 gegenüberliegt. Bei im Wesentlichen konstanter Schichtdicke, die dem Abstand d (ungefähr 1 ,5 mm) der beiden Hauptflächen 30, 32 entspricht, sind die beiden Hauptflächen 30, 32 parallel zueinander.

Die flache Schicht des Lichtleiters 10 besitzt einen umlaufenden Rand 29. Dieser Rand 29 wird durch eine Seitenfläche 13 gebildet. Im Fall einer quaderförmigen, flachen Schicht setzt sich diese Seitenfläche 13 beispielsweise aus vier Teilflächen zusammen, mehr oder weniger solcher Teilflächen sind abhängig von der Bauform aber auch möglich. Ebenso können statt Ecken auch Rundungen vorgesehen sein. Vorzugsweise steht die Seitenfläche 13 senkrecht zu den beiden Hauptflächen, es können jedoch auch schräge Teilflächenabschnitte sowohl an der Seitenfläche 13 als auch an den beiden Hauptflächen 30, 32 vorgesehen sein.

An wenigstens einer Position ist der Seitenfläche 13 eine Lichtquelle 16, vorzugsweise eine LED, dieser vis-a-vis gegenüberliegend angeordnet. Die Seitenfläche 13 ist an dieser Stelle transparent, so dass dieser Bereich als Lichteinkoppelfläche 11 für das von der Lichtquelle 16 emittierte Licht (hier beispielsweise Licht im visuellen Wellenlängenbereich) dienen kann, wenn die Lichtquelle 16 von einer nicht gezeigten Steuervorrichtung mit Leistung versorgt wird.

Bei der Lichtquelle 16 kann es sich beispielsweise um eine sogenannt Sidelooker-LED handeln, deren Package-Ausdehnung (Höhe) z.B. 1 ,5 mm betragen kann (ein entsprechender Chip selbst kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit beispielsweise Kantenlängen von etwa 300 - 500 pm besitzen, andere Werte sind nicht ausgeschlossen). Solche LEDs werden auch als "Side-Emitting"-LED oder auch als "Side-View"-LED bezeichnet. Diese sind meist als ein SMD-Bauteil ausgebildet, welches für die direkte Oberflächenmontage auf einem Schaltungsträger geeignet ist (nicht in Fig. 3 gezeigt). Ein Vorteil der Sidelooker-LEDs liegt darin, dass mittels dieser Licht direkt und ohne weitere optische Hilfsmittel parallel zum Schaltungsträger (nicht gezeigt) ausgesandt werden kann. Liegt der Lichtleiter 10 an diesem auf, strahlt die LED unmittelbar in die Seitenfläche 13 bzw. Lichteinkoppelfläche 11 und damit in die flache Schicht ein. Die Chiphöhe (hier z.B. 0,75 mm) ist dabei an die Schichtdicke (Abstand d) bzw. die entsprechende Höhe der Seitenfläche (ungefähr 1 ,5 mm) angepasst. Infolgedessen kann ein besonders großer Anteil des abstrahlten Lichts in den Lichtleiter 10 über die Lichteinkoppelfläche 11 eingekoppelt und dadurch eine hohe Lichtausbeute erzielt werden. Ferner ist anzumerken, dass derartige LEDs aktuell in hohen Stückzahlen gefertigt werden und daher bei gutem Leistungsergebnis besonders preiswert sind.

Das oben mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene ist auch auf die Fig. 4-7 anwendbar. Die (in Fig. 3 untere) zweite Hauptfläche 32 ist nahezu vollflächig durch eine Reflexionsschicht oder einen Vollspiegel 44 bedeckt, die/der dazu beiträgt, dass durch die zweite Hauptfläche 32 kein bzw. kaum Licht ausgekoppelt und von dort stattdessen in den Kunststoff bzw. das Glas oder das sonstige transparente Material des Lichtleiters 10 zurück reflektiert wird. Auch auf der der Lichteinkoppelfläche 11 in dem Lichtleiter 10 in Richtung seiner Normalen bzw. in der Abstrahlrichtung der Lichtquelle 16 gegenüberliegenden Seitenfläche 13 ist die Reflexionsschicht oder der entsprechende Vollspiegel 44 ausgebildet. Aufgrunddessen breitet sich das über die Lichteinkoppelfläche 11 eingekoppelte Licht im Lichtleiter 10 aus und wird an den Haupt- und Seitenflächen 13, 30, 32 vielfach zurückreflektiert und dadurch homogenisiert. Die horizontale Ausdehnung des Lichtleiters 10 in Fig. 3 ist nicht maßstabsgetreu sondern vielmehr stark verkleinert abgebildet, so dass eine ausreichende Länge der flachen Schicht in der entsprechenden X- und Y-Richtung auch für einen ausreichende Homogenisierung sorgt.

Wie in Fig. 3 erkennbar ist, sind an einer rein beispielshaft mittigen Position in der zweiten Hauptfläche 32 Lichtauskoppelstrukturen 45 vorgesehen. Es kann sich dabei um beliebige Strukturen handeln, an denen das den Lichtwellenleiter 10 entlang laufende Licht in eine in Fig. 3 im Wesentlichen vertikale Richtung, d.h. , in die Hauptabstrahlrichtung Z reflektiert wird. Ausführungsbeispielen zufolge werden sie in eine Vielzahl von Richtungen reflektiert, jedoch können die nicht im Wesentlichen vertikal reflektierten Strahlen nicht durch die erste Hauptfläche 30 bzw. die dort eingerichtete Auskoppelfläche 12 austreten und werden daher wieder den mehrfach hin und her reflektierenden Strahlen und somit dem dadurch homogenisierten Licht im Lichtleiter 10 zugeführt. Die Lichtauskoppelstrukturen 45 sind bevorzugt nicht periodisch und können eine voneinander unterschiedliche Form, Größe, Rauheit und Tiefe (ausgehend von der Oberfläche der zweiten Hauptfläche) besitzen. Die Lichtauskoppelstrukturen 45 können in den Kunststoff der flachen Schicht des Lichtleiters 10 von der zweiten Hauptfläche 32 her mit einem Werkzeug eingedrückt sein, oder in das Glas der flachen Schicht eingeformt oder eingeschnittenZ-gefräst sein. Sie können aber auch als Farbe bzw. Tinte (engl. Paint) von der Oberfläche her eingebracht sein, beispielsweise als weiße Tropfen aus TiO2, um das einfallende Licht zu streuen. Andere Formen von Lichtauskoppelstrukturen sind ebenso möglich. Wie ebenfalls der Fig. 3 entnommen werden kann, liegt den in der zweiten Hauptfläche 32 angeordneten Lichtauskoppelstrukturen 45 im mittigen Bereich des Lichtleiters 10 in vertikaler Richtung (in Hauptabstrahlrichtung Z bzw. in Richtung der durch die (in Fig. 3 allerdings nicht gezeigte) Projektionsoptik 20 festgelegten optischen Achse die Lichtauskoppelfläche 12 gegenüber, die in der ersten Hauptfläche 30 des Lichtleiters 10 ausgebildet ist.

Die Lichtauskoppelfläche 12 ist im Regelfall nicht strukturell abgegrenzt. Sie ist vielmehr eher funktional dadurch festgelegt, dass Bereiche der ersten Hauptfläche 30, in denen die von den Lichtauskoppelstrukturen 45 reflektierten Lichtstrahlen durchweg totalreflektiert werden, nicht mehr zur Lichtauskopplung beitragen und daher eigentlich nicht mehr zur Lichtauskoppelfläche 12 gehören. Die Auskoppelfläche 12 kann außerdem als eine streuende Oberfläche mit der Funktion einer Diffusorschicht 41 ausgeführt sein, um Licht aus der total reflektierten Strahlung (TIR) zum ausgekoppelten Licht dazu zu gewinnen. Andererseits kann auch die nahezu komplette erste Hauptfläche 30 die Lichtauskoppelfläche 12 bilden, wenn überall Strahlung auskoppelbar ist.

Gleichwohl ist eine dedizierte strukturelle Abgrenzung der Lichtauskoppelfläche (etwa durch eine lokal vorgesehene Reflexionsbeschichtung) keinesfalls von dem durch die beigefügten Ansprüche festgelegten Schutzumfang ausgeschlossen.

Auf der ersten Hauptfläche 30 des Lichtleiters ist in dem Ausführungsbeispiel unmittelbar eine Licht-Recycling-Optik angeordnet. Diese umfasst einen Stapel aus Schichten 41 - 43 bzw. Filmen oder Folien. Als unterste Schicht ist auf der ersten Hauptfläche 30 eine Diffusorschicht 41 vorgesehen, welche die ausgekoppelte Strahlung zunächst diffus streut, um eine Zuordnung zu den einzelnen Lichtauskoppelstrukturen 45 aufzulösen und damit zu einer homogenen Verteilung der Beleuchtungsstärke führt.

Wie weiter in der Fig. 3 zu sehen ist, ist auf der Diffusorschicht 41 eine erste

Helligkeitsverbesserungsfolie 42 (brightness enhancement film, BEF) und auf dieser eine zweite Helligkeitsverbesserungsfolie 43 aufgebracht. Diese beiden sind aus einem transparenten Kunststoff gebildet und sind als erste bzw. zweite prismatische Folien geformt. Diese weisen jeweils prismenartige Zeilen 47, 48 z.B. aus Acryl mit einer Höhe von je 25 pm auf, die sich entlang einer ersten bzw. zweiten Richtung erstrecken, wenn die beiden Folien auf der Diffusorschicht positioniert sind. Die Folien können durch einen Luftspalt getrennt sein, um ihre optischen Funktionen ausüben zu können. Die Folie selbst kann jeweils z.B. aus einem 125 pm dicken PET-Film gebildet sein. Die erste Richtung und die zweite Richtung stehen senkrecht aufeinander. Das Grundprinzip der Licht-Recycling-Optik ist aus dem Bereich der Helligkeitsverbesserung bei Flüssigkristallanzeigen (LCD-backlighting) bekannt.

Den prismenartigen Zeilen 47, 48 der beiden Helligkeitsverbesserungsfolien 42 und 43 wird die Strahlung aus der Diffusorschicht 41 von (in Fig. 3) unten zugeführt. Die Prismen weisen in die Hauptabstrahlrichtung Z. Durch diesen Aufbau werden bei einer typischen Streuung in der Diffusorschicht und typischen Prismenparametern in einem speziellen Fall beispielsweise 36,8 % verwertbares Licht, das die Licht-Recycling - Optik im Wesentlichen in der Hauptabstrahlrichtung verlässt, 5,3 % unter großem Winkel einfach innenreflektiertes Licht, das im Wesentlichen verloren ist, 11 ,8 % unter kleinerem Winkel einfach innenreflektiertes Licht, das vom benachbarten Prisma entgegen der Hauptabstrahlrichtung Z nach innen gebrochen oder reflektiert und damit recycelt wird, sowie 46,3 % zweifach im Prisma innenreflektiertes Licht erhalten, bei dem das Licht ebenfalls entgegen der Hauptabstrahlrichtung Z rückgeführt und recycelt wird (d.h. einer Wiederverwertung im Lichtleiter 10 zugeführt wird).

Die Zahlen zeigen, dass eine starke Bündelung der austretenden Strahlung in Hauptabstrahlrichtung erfolgt - bei geringen Lichtverlusten unter großem Winkel sowie bei einem hohen Anteil an rückgeführter und damit (nach Mehrfachreflektion im Lichtleiter 10) wiederverwertbarer Strahlung im Lichtleiter 10.

Des Weiteren zeigt die Fig. 3 eine in einem Abstand von den Helligkeitsverbesserungsfolien 42, 43 angeordnete Bildmaske 14 (Gobo). Die Bildmaske 14 kann eine transparente Schicht 141 sowie eine darauf angeordnete teilreflektierende Schicht 142 aufweisen. In dieser teilreflektierenden Schicht 142 können musterbildende Strukturen 143 ausgeschnitten sein, die zusammen ein gewünschtes Zeichen, Logo oder Muster ausbilden, das von der optischen Vorrichtung in eine Projektionsebene zu projizieren ist. In den Bereichen dieser musterbildenden Strukturen 143 kann die Strahlung durch die Bildmaske 14 hindurchtreten. Die übrige Strahlung wird an der teilreflektierenden Schicht reflektiert und wiederum der Wiederverwertung (Recycling) in der Licht-Recycling-Optik zugeführt. Die musterbildenden Strukturen 143 können rein beispielhaft eine Fläche von 3 mm x 3 mm einnehmen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel, das auf dem in der Fig. 3 gezeigten Aufbau basiert, ist in den Fig. 4 bis 7 gezeigt, die eine entsprechende optische Vorrichtung aus 4 jeweils unterschiedlichen Perspektiven illustrieren.

Die optische Vorrichtung 1 weist hier auch wieder die Grundkomponenten von Lichtquellen 16, einem Lichtleiter 10 mit darauf angeordneter Licht-Recycling -Optik (wie in Fig. 3) und einer Reflexionsbeschichtung, einer Bildmaske 14, einer Projektionsoptik 20 und einer Apertur 22 bzw. Lochblende auf. Es kommen dabei zwei Varianten in Betracht: (i) ein Abschlussfenster (die Apertur 22) mit Reflexionsschicht obendrauf und eine Öffnung in der Schicht 24, sowie (ii) zwei getrennte Elemente, nämlich zuerst zuerst die Apertur 22 mit Lochblende 24 und dann die transparente Abschlussscheibe. Die Längendimensionen können beispielhaft die gleichen wie oben angegeben sein. Insbesondere kann der Lichtleiter 10 in dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Dicke in Hauptabstrahlrichtung Z von 1 ,5 mm besitzen.

Der Lichtleiter 10 besitzt auch wieder einen quaderförmigen Aufbau, wobei aber an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Quaders in Draufsicht (siehe insbesondere Fig. 7) trapezförmige Erweiterungen vorgesehen sind. Die je 2 in Draufsicht schrägen Teilflächen der umlaufenden Seitenfläche 13 des Lichtleiters bilden die Lichteinkoppelflächen 11 des Lichtleiters aus. Wie insbesondere in den Fig. 4 und 7 zu erkennen ist, ist diesen vier Lichteinkoppelflächen 12 jeweils eine Lichtquelle 16 zugeordnet, wobei es sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit um vier z.B. grüne LEDs handeln kann. Wie die vier in Fig. 7 eingezeichneten Achsen zeigen, liegen durch den Aufbau mit stirnseitigen Erweiterungen auf quadratischem Grundaufbau die Abstrahlrichtungen einander gegenüber liegender Lichtquellen versetzt zueinander, um eine gegenseitige Absorption der eingekoppelten Strahlung zu vermindern und damit die Lichtausbeute zu erhöhen. Durch die Positionierung an den entfernt voneinander liegenden Ecken des Lichtleiters 10 ist ferner ein thermischer Energieeintrag auf den Lichtleiter 10 räumlich verteilt.

Die Projektionsoptik 20 wird in dem Ausführungsbeispiel durch eine bi-konvexe asphärische Linse gebildet. Andere Ausführungsformen mit mehreren Linsen sind ebenso möglich, ebenso wie Fresnel-Optiken, diffraktive Optiken, etc. Die optische Achse der Projektionsoptik 20 fällt mit der Hauptabstrahlrichtung Z der optischen Vorrichtung 1 zusammen und steht senkrecht zur ersten Hauptfläche 30 und zur zweiten Hauptfläche 32 sowie zur dazu parallel angeordneten Bildmaske 14. Ferner kann die optische Achse in einem Bereich durch den Lichtleiter 10 führen, wo die Lichtauskoppelstrukturen 45 positioniert sind. Die Abstrahlrichtung der Lichtquellen 16 liegt somit parallel zur Ebene der flachen Schicht des Lichtleiters und senkrecht zur optischen Achse und Hauptabstrahlrichtung Z der optischen Vorrichtung 1 . Die Umlenkung der Strahlung erfolgt also an den Lichtauskoppelstrukturen sowie die Bündelung zur 90°-Richtung hin (zur optische Achse) in der Licht-Recycling-Optik. Die Projektionsoptik 20 fokussiert die erhaltene Strahlung und projiziert das Bild der bestrahlten musterbildenden Strukturen der Bildmaske 14 durch die Apertur 22 bzw. Lochblende hindurch in die Projektionsebene.

Die Gesamtlänge in Hauptabstrahlrichtung Z bzw. entlang der optischen Achse der Projektionsoptik 20 kann beispielsweise 12 mm einschl. unterliegender Leiterplatte betragen. Die Länge von der zweiten Hauptfläche 32 incl. Beschichtung 44 bis einschließlich der Apertur 22 beträgt 10 mm. Damit ist die optische Vorrichtung 1 erheblich kürzer ausgelegt als solche aus dem Stand der Technik.

Es ist anzumerken, dass zahlreiche Abwandlungen von den oben beschriebenen Ausführungsformen möglich sind ohne von dem in den Ansprüchen bestimmten Schutzumfang abzuweichen. So kann beispielsweise der Lichtleiter anstatt der gezeigten quadratischen oder oktagonalen Form auch hexagonale, polygonale, runde oder andere Formen (in Draufsicht) besitzen. Ferner kann der Lichtleiter 10 auch flach, aber räumlich gekrümmt oder gewellt sein, um bestimmte Zwecke zu erfüllen.

Anstatt der 4 grünen LEDs können mit Vorteil auch andere Anzahlen und Typen von LEDs gewählt werden. Insbesondere kommen auch die oben erwähnten RGB Sidelooker LEDs in Frage, da sie dem Aufbau und der Größe nach besonders geeignet sind. Ferner können hier auch wie beschrieben verschiedenfarbige LEDs kombiniert werden. Eine beispielhafte Konfiguration sieht eine optische Vorrichtung 1 mit 3 (für RGB) x 8 (2 Sidelooker LEDs an jeder Seite) = 24 LED-Chips als Lichtquellen mit je 0,02 A x 3 V = 1 ,44 W Leistung vor. Ein konventioneller Gobo- Projektor einer LED zu 1 ,5 A x 3V = 4,5 W steht dazu im Vergleich. Letzterer bietet dabei aber nicht die Flexibilität der dynamischen Farbänderung und Skalierbarkeit.

BEZUGSZEICHENLISTE: optische Vorrichtung

Lichtleiter (flach und schichtförmig)

Lichteinkoppelfläche

Lichtauskoppelfläche

Seitenflächen

Bildmaske / Gobo transparente Schicht (Gobo) teilreflektierendeSchicht (Gobo)

Strukturen auf Gobo (Zeichen, Logo, Muster)

Lichtquelle

Projektionsoptik

Apertur, Lochblende transparentes Fenster (in Lochbende)

Rand erste Hauptfläche zweite Hauptfläche

Diffusorschicht erste Helligkeitsverbesserungsschicht (BEF), erste prismatische Folie zweite Helligkeitsverbesserungsschicht (BEF), zweite prismatische Folie

Reflektionsschicht

Lichtauskoppelstrukturen

Prismenzeile (erste Richtung)

Prismenzeile (zweite Richtung) optische Vorrichtung (Stand der Technik)

Kollimationslinsen Bildmaske / Gobo

Projektionslinsen

Lochblende optische Vorrichtung (Stand der Technik)

Lichtleiter (Taper)

Lichteinkoppelfläche

Lichtauskoppelfläche

Bildmaske / Gobo

Flansch bikonvexe asphärische Linse

Lochblende