-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundglasscheibe für ein Fahrzeug sowie ein Beleuchtungssystem für ein Fahrzeug mit einer solchen Verbundglasscheibe.
-
Es besteht der anhaltende Bedarf, Fahrzeug-Verbundglasscheiben bei der Beleuchtung des Innenraums des Fahrzeugs zu nutzen.
-
Ausgehend hiervon ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Verbundglasscheibe für ein Fahrzeug bereitzustellen, die bei der Innenraumbeleuchtung eines Fahrzeugs genutzt werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Beleuchtungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt werden.
-
Die Erfindung ist den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe für ein Fahrzeug kann eine innere Scheibe und eine äußere Scheibe, die über eine Klebeschicht mit der inneren Scheibe verbunden ist, aufweisen. Die innere Scheibe weist eine von der äußeren Scheibe wegweisende bzw. abgewandte erste Seite, eine zu der äußeren Scheibe hinweisende bzw. zugewandte zweite Seite, einen Einkoppelbereich und mindestens einen davon beabstandeten Auskoppelbereich auf. Der Einkoppelbereich kann so ausgebildet sein, dass er von einer Lichtquelle kommende Strahlung so in die innere Scheibe einkoppelt, dass die eingekoppelte Strahlung in der inneren Scheibe durch Reflexionen bis zum mindestens einen Auskoppelbereich geführt wird, wobei der mindestens eine Auskoppelbereich mindestens einen Teil der eingekoppelten Strahlung so umlenkt, dass der umgelenkte Teil der eingekoppelten Strahlung durch die erste Seite der inneren Scheibe aus der inneren Scheibe als diffuse (bzw. ungerichtete) oder gerichtete Strahlung austritt.
-
Somit wird erfindungsgemäß die innere Scheibe als Wellenleiter für die eingekoppelte Strahlung genutzt, so dass die Position des mindestens einen Auskoppelbereichs frei wählbar ist und nicht von der Position des Einkoppelbereichs abhängt. Dies gibt eine große Designfreiheit, so dass die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe individuell für das jeweilige Fahrzeug bzw. den jeweiligen Fahrzeugtyp gestaltet werden kann.
-
Insbesondere weist die innere Scheibe mehrere voneinander beabstandete Auskoppelbereiche auf, die jeweils mindestens einen Teil der eingekoppelten Strahlung so umlenken, dass der umgelenkte Teil der eingekoppelten Strahlung durch die erste Seite der inneren Scheibe aus der inneren Scheibe als diffuse oder gerichtete Strahlung austritt. Wenn die mehreren voneinander beabstandeten Auskoppelbereiche so ausgebildet sind, dass die ausgekoppelte Strahlung jeweils als diffuse Strahlung austritt, kann damit beispielsweise der Eindruck eines Sternenhimmels erzeugt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die mehreren Auskoppelbereiche so ausgebildet sind, dass sie zwei oder mehr unterschiedliche Auskoppeleffizienzen aufweisen. Dies kann dazu genutzt werden, dass an den einzelnen Auskopppelbereichen Strahlung mit unterschiedlicher Intensität ausgekoppelt wird. Somit können beispielsweise hellere und nicht so hell erscheinende Sterne für den gewünschten Sternenhimmel dargestellt werden.
-
Natürlich können die Auskoppelbereiche auch so ausgebildet sein, dass sie identische Auskoppeleffizienzen aufweisen.
-
Der mindestens eine Auskoppelbereich kann z.B. als Hologramm ausgebildet sein.
-
Die Auskoppelbereiche können dabei als separate Sub-Hologramme ausgebildet sein, so dass zwischen den Sub-Hologrammen kein Teil des Hologramms ausgebildet ist. In diesem Fall umfasst das Hologramm die flächig nicht zusammenhängenden Sub-Hologramme. Es ist aber auch möglich, dass die Auskoppelbereiche zwar voneinander beabstandet sind, aber alle Teil eines einzigen flächig zusammenhängenden Hologramms sind; somit weist das Hologramm keine separaten Sub-Hologramme auf, sondern ist als einziges Hologramm mit den voneinander beabstandeten Auskoppelbereichen ausgebildet.
-
Für die Erzeugung eines Sternenhimmels kann beispielsweise jeder Auskoppelbereich (z.B. jedes Sub-Hologramm) genau einen Stern des zu erzeugenden Sternenhimmels erzeugen. Es ist aber auch möglich, dass mindestens ein Auskoppelbereich (z.B. jedes Sub-Hologramm) zwei oder mehr Sterne des zu erzeugenden Sternenhimmels erzeugt. Ferner können die Auskoppelbereiche zwar voneinander beabstandet aber alle Teil eines einzigen flächig zusammenhängenden Auskoppelbereiches (z.B. eines einzigen flächig zusammenhängenden Bild-Hologramms) sein, das den zu erzeugenden Sternenhimmel erzeugt.
-
Da die eingekoppelte Strahlung in der inneren Scheibe geführt wird, kann die äußere Scheibe beispielsweise getönt ausgebildet werden. Diese Tönung der äußeren Scheibe hat keinerlei Einfluss auf die Führung der eingekoppelten Strahlung in der inneren Scheibe und ist von dieser völlig unabhängig.
-
Die äußere Scheibe kann auch völlig transparent sein. Auch die innere Scheibe und die Klebeschicht können völlig transparent sein.
-
Wenn der mindestens eine Auskoppelbereich so ausgebildet ist, dass die ausgekoppelte Strahlung als gerichtete Strahlung austritt, kann dies z.B. zur Realisierung einer Leseleuchte bzw. einer Lesebeleuchtung genutzt werden.
-
Die Verbundglasscheibe kann so ausgebildet werden, dass alle Auskoppelbereiche die Strahlung als diffuse Strahlung oder als gerichtete Strahlung auskoppeln. Es ist auch möglich, dass einer oder mehrere der Auskoppelbereiche die Strahlung als diffuse Strahlung und einer oder mehrere der Auskoppelbereiche die Strahlung als gerichtete Strahlung auskoppeln.
-
Die innere Scheibe kann insbesondere als Glasscheibe mit einer Dicke von größer als 2 mm ausgebildet sein. Bevorzugt ist die innere Scheibe nicht dicker als 5 mm. Gleiches gilt für die äußere Scheibe.
-
Eine die erste und zweite Seite der inneren Scheibe verbindende Kante kann insbesondere gekrümmt (bevorzugt konvex gekrümmt) ausgebildet sein. Dies erhöht die mechanische Stabilität der inneren Scheibe (insbesondere im Bereich der Kante). Insbesondere kann die Kantenfläche einen runden Schliff oder einen sogenannten C-Schliff aufweisen. Unter einem C-Schliff wird hier insbesondere verstanden, dass, im Querschnitt gesehen, die Kantenfläche rund bzw. C-förmig ist oder z.B. die Form eines Kreisbogens oder Ellipsenbogens aufweist. Die Krümmung der Kante kann bevorzugt so sein, dass eine gekrümmte, stetige und durchgehende Kantenfläche vorliegt. Es liegt damit eine Kantenfläche ohne Knicke, Sprünge und/oder Löcher vor. Gleiches gilt für die Kante der äußeren Scheibe.
-
Die Brechzahl des Materials der Klebeschicht und die Brechzahl des Materials der inneren Scheibe können so gewählt sein, dass die Reflexionen der eingekoppelten Strahlung an einer Grenzfläche zwischen der inneren Scheibe und der Klebeschicht innere Totalreflexionen sind. Ferner können die Reflexionen an der Grenzfläche zwischen der ersten Seite und der Umgebung (in der Regel Luft) ebenfalls innere Totalreflexionen sein.
-
Der mindestens eine Auskoppelbereich kann an der ersten Seite der inneren Scheibe ausgebildet sein.
-
Ferner ist es möglich, dass der mindestens eine Auskoppelbereich an der zweiten Seite der inneren Scheibe ausgebildet ist.
-
Natürlich ist es ebenfalls möglich, dass der mindestens eine Auskoppelbereich sowohl an der ersten Seite als auch an der zweiten Seite der inneren Scheibe ausgebildet ist.
-
Es sind alle Ausbildungen des mindestens einen Auskoppelbereiches möglich, die zu der gewünschten Auskopplung der Strahlung als diffuse Strahlung oder als gerichtete Strahlung führen.
-
So kann der mindestens eine Auskoppelbereich eine Mikrostruktur oder eine Mikrostrukturierung aufweisen. Diese kann durch reflektive, beugende und/oder diffraktive Effekte die gewünschte Auskopplung bewirken. Insbesondere kann es sich um eine Strukturierung der ersten und/oder zweiten Seite in diesem Bereich und somit um eine Oberflächenstruktur handeln. Ferner kann der mindestens eine Auskoppelbereich Streuzentren aufweisen. Solche Streuzentren können durch Oberflächenrauheiten oder durch Volumendiffusoren (beispielsweise eingebrachte Lufteinschlüsse) realisiert werden. Des Weiteren ist es möglich, dass der mindestens eine Auskoppelbereich ein Volumengitter (beispielsweise ein Hologramm) und/oder ein Oberflächengitter (beispielsweise ein Reliefgitter) aufweist.
-
Der mindestens eine Auskoppelbereich kann z.B. reflektive und/oder transmissiv ausgebildet sein.
-
Durch die Ausbildung (z.B. als Bild-Hologramm) und/oder die Anordnung (z.B. Sternenhimmel) des mindestens einen Auskoppelbereiches kann ein wahrnehmbares Bild erzeugt werden, wenn der mindestens eine Auskoppelbereich mit der eingekoppelten Strahlung beaufschlagt wird. Bevorzugt sind somit die Bildinformationen des erzeugten Bildes in der Ausbildung und/oder der Anordnung des mindestens einen Auskoppelbereiches (bevorzug vollständig) enthalten. In diesem Fall kann man sagen, dass die eingekoppelte Strahlung frei von Bildinformationen ist. Die eingekoppelte Strahlung kann somit auch als Beleuchtungsstrahlung bezeichnet werden.
-
Die innere Scheibe kann einen von der ersten Seite vorstehenden Einkoppelbereich aufweisen. Der Einkoppelbereich kann eine plane oder eine gekrümmte Eintrittsfläche aufweisen.
-
Ferner kann der Einkoppelbereich ein Umlenkelement aufweisen, das mindestens einen Teil der von der Lichtquelle kommenden Strahlung so umlenkt, dass der umgelenkte Teil der eingekoppelten Strahlung in der inneren Scheibe durch Reflexionen bis zum mindestens einen Auskoppelbereich geführt wird.
-
Das Umlenkelement kann z.B. als reflektives Umlenkelement oder als transmissives Umlenkelement ausgebildet sein. Ferner kann das Umlenkelement z.B. auf der ersten Seite oder zweiten Seite der inneren Scheibe ausgebildet sein. Wenn das Umlenkelement auf der ersten Seite der inneren Scheibe ausgebildet ist, ist es bevorzugt als transmissives Umlenkelement ausgebildet. Wenn das Umlenkelement auf der zweiten Seite der inneren Scheibe ausgebildet ist, ist es insbesondere als reflektives Umlenkelement ausgebildet.
-
Das Umlenkelement kann als Volumen- oder Oberflächengitter und somit insbesondere als Hologramm- oder als Reliefgitter ausgebildet sein.
-
Die Verbundglasscheibe kann mindestens eine weitere Scheibe, die mit der inneren Scheibe z.B. mittels einer weiteren Klebeschicht verbunden ist, aufweisen. Die Brechzahl der weiteren Klebeschicht kann so gewählt sein, dass das Licht an der Grenzfläche der weiteren Scheibe zur weiteren Klebeschicht sowie an der Grenzfläche der inneren Scheibe zur weiteren Klebeschicht jeweils aufgrund innerer Totalreflexion reflektiert wird. Die weitere Scheibe kann in gleicher Weise wie die innere Scheibe ausgebildet sein, so dass die weitere Scheibe und die innere Scheibe jeweils als Lichtleiter bezeichnet werden können.
-
Ferner können auf der inneren Scheibe zwei oder mehrere weiteren Scheiben mit entsprechenden Klebeschichten als Schichtstapel ausgebildet sein, wobei die weiteren Scheiben in gleicher Weise wie die innere Scheibe ausgebildet sein können.
-
Somit können zwei oder mehr Lichtleiter in der Verbundglasscheibe integriert sein, so dass weitere Gestaltungsräume für die gewünschten Beleuchtungseffekte vorliegen.
-
Der mindestens eine Auskoppelbereich kann beispielsweise im Wesentlichen punktförmig ausgebildet sein, um den beispielsweise beschriebenen Sternenhimmel erzeugen zu können. Es ist jedoch auch möglich, dass der mindestens eine Auskoppelbereich eine größere flächige Ausdehnung aufweist.
-
Ferner ist es möglich, dass der mindestens eine Auskoppelbereich als Bild-Hologramm ausgebildet ist, das ein einbelichtetes Bild enthält. Zusammen mit der eingekoppelten Strahlung erfolgt dann die Rekonstruktion des Bildes derart, dass ein Betrachter das Bild wahrnehmen kann. Insbesondere kann das Bild-Hologramm als Bildebenen-Hologramm ausgebildet sein, bei dem das rekonstruierte Bild als (im Wesentlichen ebenes) Bild in der inneren Scheibe wahrnehmbar ist. Wenn das Bild-Hologramm mehrere voneinander beabstandete Auskoppelbereiche aufweist, können diese jeweils einen Teil des einbelichteten Bildes enthalten.
-
Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe kann insbesondere als Scheibe für ein Fahrzeugdach ausgebildet sein, durch das eine sich im Fahrzeug befindende Person z.B. hindurchblicken kann.
-
Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe kann ferner als sonstige Scheibe für ein Fahrzeug ausgebildet sein.
-
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Fahrzeug auf Land, im Wasser und/oder in der Luft handeln.
-
Insbesondere kann es sich um einen PKW oder einen LKW handeln.
-
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe als funktionalisierter Wellenleiter ausgebildet sein, der einen transparenten Basiskörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweist. Der transparente Basiskörper umfasst die innere und äußere Scheibe sowie die die beiden Scheiben verbindende Klebeschicht. Insbesondere kann der funktionalisierte Wellenleiter als Wellenleiter zum Anzeigen eines Bildes ausgebildet sein. Ein solcher funktionalisierter Wellenleiter bzw. ein solcher Wellenleiter zum Anzeigen eines Bildes kann, muss aber nicht, als Scheibe für ein Fahrzeug ausgebildet sein. Des Weiteren kann auch die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe zum Anzeigen eines Bildes ausgebildet sein.
-
Das anzeigbare Bild kann (bevorzug ausschließlich) durch die Ausbildung (z.B. als Bild-Hologramm) und/oder die Anordnung (z.B. Sternenhimmel) des mindestens einen Auskoppelbereiches bereitgestellt werden. Bevorzugt sind somit die Bildinformationen des anzeigbaren Bildes in der Ausbildung und/oder der Anordnung des mindestens einen Auskoppelbereiches (bevorzug vollständig) enthalten. In diesem Fall kann man sagen, dass die eingekoppelte Strahlung frei von Bildinformationen ist. Die eingekoppelte Strahlung kann somit auch als Beleuchtungsstrahlung bezeichnet werden.
-
Als Material für die innere und äußere Scheibe können z.B. ein amorphes Material, Glas, Floatglas, transparente thermoplastische Kunststoffe, wie z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), PVC (Polyvinylchlorid), COC (Cycloolefin-Copolymere), PET (Polyethylenterephthalat), etc., sowie Duroplaste verwendet werden. Als Material für die Klebeschicht kann z.B. PVB (Polyvinylbutyral) oder EVA (Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymer) verwendet werden.
-
Ferner kann das Beleuchtungssystem für ein Fahrzeug eine erfindungsgemäße Verbundglasscheibe (einschließlich der beschriebenen Weiterbildungen) sowie eine Lichtquelle zur Abgabe von Strahlung auf den Einkoppelbereich der Verbundglasscheibe aufweisen.
-
Die Lichtquelle ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie Strahlung aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich abgibt. Insbesondere kann die Strahlung weißes Licht und/oder farbiges Licht (wie z.B. rotes, grünes und/oder blaues Licht) sein. Ferner kann die Lichtquelle so ausgebildet sein, dass sie mehrere unterschiedliche Farben erzeugen und abgeben kann. Dies ist bevorzugt steuerbar bzw. einstellbar. Die Lichtquelle kann eine oder mehrere LEDs umfassen.
-
Das Beleuchtungssystem kann ferner eine Steuereinheit zur Steuerung der Lichtquelle aufweisen.
-
Das Beleuchtungssystem kann so ausgebildet sein, dass das Licht der Lichtquelle ohne Durchlaufen weiterer optischer Elemente direkt auf die Verbundglasscheibe trifft und in diese eintritt. Es ist jedoch auch möglich, dass das Beleuchtungssystem mindestens ein optisches Element (wie z.B. eine Linse) aufweist, die zwischen der Lichtquelle und der Verbundglasscheibe angeordnet ist, so dass das Licht der Lichtquelle durch dieses optische Element läuft und erst dann auf die Verbundglasscheibe trifft.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1 zusammen mit einer Lichtquelle 20;
- 2 ein Diagramm des wellenlängenabhängigen Brechzahlverlaufs der inneren Scheibe 2 und der Klebeschicht 4;
- 3 ein Diagramm zur Wellenlängenanhängigkeit des Grenzwinkels für innere Totalreflexion an der Grenze zwischen innerer Scheibe 2 und Klebeschicht 4;
- 4 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 5 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 6 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 7 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 8 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 9 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 10 eine Schnittansicht gemäß 1 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 11 eine vergrößerte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 12 eine vergrößerte Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1;
- 13 eine Draufsicht auf die Innenseite 9 der Verbundglasscheibe 1 gemäß 1;
- 14 eine Ansicht gemäß 13 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe, und
- 15 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 1.
-
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Verbundglasscheibe 1 für ein Fahrzeug eine innere Scheibe 2 sowie eine äußere Scheibe 3, die über eine Klebeschicht 4 mit der inneren Scheibe 2 verbunden ist.
-
Die in 1 schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeigte Verbundglasscheibe 1 kann insbesondere als Scheibe für ein Fahrzeugdach ausgebildet sein, durch das eine sich im Fahrzeug befindende Person hindurchblicken kann. Die äußere Scheibe 3 kann getönt ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch vollkommen transparent sein.
-
Die innere Scheibe 2 ist bevorzugt vollständig transparent. Gleiches gilt für die Klebeschicht 4.
-
Die innere Scheibe 2 weist eine von der äußeren Scheibe 3 wegweisende erste Seite 5 (bzw. eine von der äußeren Scheibe 3 abgewandte erste Seite 5) sowie eine zur äußeren Scheibe 3 hinweisende zweite Seite 6 (bzw. eine der äußeren Scheibe 3 zugewandte zweite Seite 6) auf. Die äußere Scheibe 3 weist eine zur inneren Scheibe 2 hinweisende dritte Seite 7 sowie eine von der inneren Scheibe 2 wegweisende vierte Seite 8 auf. Die Verbindung der beiden Scheiben 2, 3 erfolgt über die einander zugewandten Seiten 6, 7 mittels der Klebeschicht 4.
-
Bei Verwendung der in 1 gezeigten Verbundglasscheibe 1 in einem Fahrzeugdach weist die erste Seite 5 der inneren Scheibe 2 zum Innenraum des Fahrzeugs und kann daher auch als Innenseite 9 der Verbundglasscheibe 1 bezeichnet werden. Die vierte Seite 8 der äußeren Scheibe 3 weist vom Innenraum des Fahrzeugs weg und kann daher als Außenseite 10 der Verbundglasscheibe 1 bezeichnet werden.
-
Die innere Scheibe 2 weist ferner eine die erste und zweite Seite 5, 6 verbindende erste Kante 11 auf, die gekrümmt (bevorzugt konvex) ausgebildet ist. Insbesondere weist die Kante einen sogenannten C-Schliff auf. Unter einem C-Schliff wird hier insbesondere verstanden, dass die Kantenfläche einen runden Schliff aufweist. Im Querschnitt gesehen ist die Kantenfläche somit rund bzw. C-förmig oder weist die Kantenfläche z.B. die Form eines Kreisbogens oder Ellipsenbogens auf. In gleicher Weise weist die äußere Scheibe 3 eine die dritte und vierte Seite 7, 8 verbindende zweite Kante 12 auf, die gekrümmt ausgebildet ist. Die zweite Kante 12 kann ebenfalls einen C-Schliff aufweisen.
-
Die innere Scheibe 2 umfasst ferner einen Einkoppelbereich 15, an dem ein Transmissionsgitter 16 vorgesehen ist. Des Weiteren umfasst die innere Scheibe 2 einen ersten, einen zweiten und einen dritten Auskoppelbereich 17, 18 und 19, die vom Einkoppelbereich 15 beabstandet sowie die untereinander beabstandet sind. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Auskoppelbereiche 17 bis 19 an der ersten Seite 5 der inneren Scheibe 2 ausgebildet.
-
Zusammen mit der in 1 gezeigten Lichtquelle 20 bildet die Verbundglasscheibe 1 ein Beleuchtungssystem 21 für ein Fahrzeug.
-
Die Lichtquelle 20 gibt Strahlung 22 (z.B. weißes Licht) ab, die auf den Einkoppelbereich 15 mit dem Transmissionsgitter 16 trifft. Das Transmissionsgitter 16 lenkt die Strahlung 22 so um, dass sie als eingekoppelte Strahlung 23 durch Reflexionen an der ersten und zweiten Seite 5, 6 der inneren Scheibe 2 bis zu den Auskoppelbereichen 17 bis 19 propagiert. Die Reflexionen an der ersten und zweiten Seite 5, 6 sind bevorzugt innere Totalreflexionen. Dazu sind die Brechzahlen der Klebeschicht 4 und der inneren Scheibe 2 entsprechend gewählt. Die Brechzahl der Klebeschicht 4 ist daher kleiner als die Brechzahl des Materials der inneren Scheibe 2. Die Klebeschicht 4 kann beispielsweise als PVB-Schicht (Polyvinylbutyral-Schicht) ausgebildet sein. In diesem Fall liegt der in 2 mit der durchgezogenen Linie K1 dargestellte Brechzahlverlauf der Klebeschicht 4 bei einem Wellenlängenbereich von 400 bis 1000 nm vor.
-
In 2 ist entlang der Abszisse die Wellenlänge λ in nm und entlang der Ordinate die Brechzahl aufgetragen. Bei einem typischen Glas für Autoglasscheiben liegt der als gestrichelte Linie (Kurve K2) in 2 gezeigte Brechzahlverlauf vor. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, ist eine Brechzahldifferenz von ungefähr 0,03 (in Abhängigkeit der Wellenlänge) vorhanden. Dies führt zu einem Grenzwinkel für die innere Totalreflexion, der in 3 für die Wellenlängen von 400 bis 1000 nm dargestellt ist. Dieser Grenzwinkel beträgt etwa 78,7° bis 79,4° (in Abhängigkeit der Wellenlänge).
-
In 3 ist entlang der Abszisse die Wellenlänge λ in nm und entlang der Ordinate der Grenzwinkel θG in° aufgetragen (Kurve K3). Das bedeutet, dass bei größeren Einfallswinkeln als dieser Grenzwinkel auf die zweite Seite 6 die eingekoppelte Strahlung 23 an der Grenzfläche zwischen der zweiten Seite 6 und der Klebeschicht 4 totalreflektiert wird.
-
Das angrenzende Medium an der ersten Seite 5 ist Luft mit einer Brechzahl von ungefähr 1, so dass der entsprechende Grenzwinkel für die Totalreflexion kleiner ist als der beschriebene für die zweite Seite 6. Wenn somit an der zweiten Seite 6 eine innere Totalreflexion für die eingekoppelte Strahlung stattfindet, trifft dies dann auch für die Reflexion an der ersten Seite 5 zu.
-
Die so in der inneren Scheibe 2 geführte eingekoppelte Strahlung 23 trifft dann auf die Auskoppelbereiche 17, 18, 19, die hier so ausgebildet sind, dass sie von der auf sie auftreffenden Strahlung mindestens einen Teil als diffuse Strahlung auskoppeln, wie durch die Pfeilbündel 24, 25 und 26 in 1 angedeutet ist. Für eine sich im Fahrzeug befindende Person, die auf die Innenseite 9 blickt, sind die Auskoppelbereiche 17, 18 und 19 aufleuchtende Punkte. Bei entsprechender Verteilung der Auskoppelbereiche 17 bis 19 auf der Innenseite 9 kann somit z.B. der Eindruck eines Sternenhimmels erzeugt werden.
-
Insbesondere können die Auskoppelbereiche 17 bis 19 so ausgebildet sein, dass sie unterschiedliche Auskoppeleffizienzen aufweisen, so dass die ausgekoppelten Lichtintensitäten an den einzelnen Auskoppelbereichen 17, 18 und 19 unterschiedlich sind. Damit können hellere und dunklere Sterne dargestellt werden.
-
Natürlich ist es auch möglich, die Auskoppeleffizienzen der Auskoppelbereich 17-19 so einzustellen, dass die ausgekoppelten Lichtintensitäten an zwei oder mehreren Auskoppelbereichen 17-19 gleich sind.
-
Bei dem in 1 gezeigten Beleuchtungssystem 21 ist die Ausbreitungsrichtung der von der Lichtquelle 20 kommenden Strahlung 22 so, dass sie senkrecht auf die erste Seite 5 trifft. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ausbreitungsrichtung der Strahlung 22 einen Winkel von ungleich 90° zur ersten Seite 5 aufweist, wie in 4 dargestellt ist.
-
Bei den Ausführungsformen gemäß 1 und 4 ist das Gitter 16 stets als Transmissionsgitter ausgebildet.
-
Ferner kann das Gitter 16 als Reflexionsgitter ausgebildet sein. In diesem Fall ist die bevorzugte Anordnung des Gitters 16 an der zweiten Seite 6. Dies ist in 5 und 6 für einen senkrechten Einfall der Strahlung 22 auf die erste Seite 5 (5) sowie für einen Einfallswinkel der Strahlung auf der Seite 5 von ungleich 90° (6) gezeigt.
-
In 7 ist eine Abwandlung der Verbundglasscheibe 1 von 5 gezeigt, bei der die Auskoppelbereiche 17-19 so ausgebildet sind, dass die ausgekoppelte Strahlung als gerichtete Strahlung abgegeben wird. Damit kann beispielsweise eine Leseleuchte bzw. eine Lesebeleuchtung für eine Person innerhalb des Fahrzeugs realisiert werden.
-
In 8 ist eine Abwandlung der Verbundglasscheibe der 6 gezeigt. Bei dieser Abwandlung ist der zweite Auskoppelbereich 18 so ausgebildet, dass er die Strahlung 23 als gerichtete Strahlung auskoppelt, wodurch wiederum eine Leseleuchte realisiert werden kann. Der erste und dritte Auskoppelbereich 17 und 19 sind so ausgebildet, dass die Strahlung 23 als diffuse Strahlung abgegeben wird.
-
Das Gitter 16 in 1 und 4 bis 8 kann beispielsweise als Volumenhologramm oder als Reliefgitter ausgebildet sein.
-
In 9 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der die innere Scheibe 2 einen von der ersten Seite 5 vorstehenden Abschnitt 30 mit einer planen Eintrittsfläche 31 aufweist. Somit weist die innere Scheibe 2 im Bereich des vorstehenden Abschnitts 30 eine größere Dicke auf als z.B. im Bereich, in dem die Auskoppelbereiche 17-19 liegen. Aufgrund des vorstehenden Abschnitts 30 weist die innere Scheibe 2 in diesem Bereich eine Querschnittsaufweitung im Vergleich z.B. zum Bereich, in dem die Auskoppelbereiche 17-19 liegen, auf. Die Neigung der planen Eintrittsfläche 31 zur ersten Seite 5 ist dabei bevorzugt so gewählt, dass senkrecht über die plane Eintrittsfläche 31 eintretende Strahlung 22 einen solchen Winkel relativ zur zweiten Seite 6 aufweist, dass die gewünschte innere Totalreflexion an der zweiten Seite 6 stattfindet.
-
In 10 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform gemäß 9 gezeigt. Bei dieser Weiterbildung ist zwischen der Lichtquelle 20 und der Eintrittsfläche 31 eine Linse 32 angeordnet.
-
In 11 ist eine Abwandlung der Verbundglasscheibe 1 von 9 gezeigt, wobei eine vergrößerte Detailansicht dargestellt ist. Der nach innen vorstehende Abschnitt 30 ist als umgedrehter Kollektor in der Art ausgebildet, dass die von der Lichtquelle 20 kommende Strahlung 22 als im Wesentlichen paralleles Strahlenbündel 23 geformt wird, das mit dem notwendigen Einfallswinkel auf die zweite Seite 6 trifft, um mittels innerer Totalreflexion reflektiert zu werden. So kann z.B. eine parabolische Lichtsammellinse (Compound Parabolic Concentrator) umgedreht als Kollimationsoptik verwendet werden (Compound Parabolic Collimator). Eine solche Kollimationsoptik ist bevorzugt reflektierend sowie nicht-abbildendend. Sie umfasst mindestens eine rotationssymmetrische parabolische Fläche, welche das Licht einer Lichtquelle mit einem definierten Winkelspektrum sammelt bzw. sammeln. Über die Länge der Kollimationsoptik kann eingestellt werden, welches Winkelspektrums der von der Lichtquelle 20 kommenden Strahlung 22 als im Wesentlichen paralleles Strahlenbündel 23 geformt werden kann.
-
In 12 ist eine Abwandlung der Verbundglasscheibe von 11 gezeigt, bei der statt der planen Eintrittsfläche 31 eine linsenförmige Eintrittsfläche 35 mit einem ringförmigen Vorsprung 36 ausgebildet ist. Der Teil der Strahlung 22, der durch die Innenseite 37 des ringförmigen Vorsprungs 36 läuft, wird an der Außenseite 38 des ringförmigen Vorsprungs 36 durch innere Totalreflexion reflektiert und so zur zweiten Seite 6 hin umlenkt.
-
Man kann auch sagen, dass der Einkoppelbereich 15 eine TIR-Linse (TIR = total internal reflection = innere Totalreflexion) aufweist. Eine TIR-Linse ist ein optisches Bauteil, welches Reflektor und Linse kombiniert. Im Zentrum befindet sich eine Linse, die ringförmig von einem (ggf. freigeformten) Paraboloiden umschlossen ist. Der Übergangsbereich zwischen Linse und Paraboloid ist in der Regel konzentrisch um die Lichtquelle angeordnet. Es kann aber auch eine Abweichung von der konzentrischen Form in Kombination mit einem freigeformten Paraboloiden vorliegen. Die Umlenkung über die parabolischen Mantelflächen erfolgt über Totalreflexion.
-
In 13 ist eine schematische Ansicht auf die Innenseite 9 der Verbundglasscheibe 1 von 1 gezeigt. Die Auskoppelbereiche sind durch „x“ angedeutet. Natürlich sind die Auskoppelbereiche 17 bis 19 so ausgebildet, dass sie, wenn die Lichtquelle 20 keine Strahlung 22 abgibt, nicht sichtbar sondern transparent sind. Auch das Gitter 16 ist bevorzugt so ausgebildet, dass es für einen Betrachter transparent ist.
-
In 14 ist eine Abwandlung der Verbundglasscheibe 1 gemäß 13 bzw. des Beleuchtungssystems 21 in gleicher Weise wie in 13 dargestellt. Bei dieser Abwandlung gemäß 14 sind eine weitere Lichtquelle 40, ein weiteres Einkoppelgitter 41 sowie weitere Auskoppelbereiche 42, 43 und 44 vorgesehen. Natürlich können auch mehr als zwei Lichtquellen vorgesehen sein. Auch ist es möglich, dass das Licht einer weiteren Lichtquelle nicht wie in 14 gesehen, von links nach rechts in der inneren Scheibe 2 sondern von unten nach oben oder von oben nach unten in der inneren Scheibe 2 läuft.
-
In 15 ist eine Abwandlung in der Art und Weise von den beschriebenen Ausführungsformen beschrieben, dass auf der inneren Scheibe 2 eine weitere Scheibe 50 mittels einer weiteren Klebeschicht 51 verbunden ist. Dies kann dazu benutzt werden, das Licht einer weiteren Lichtquelle 52, das über ein Einkoppelelement 53 in die weitere Scheibe 50 eingekoppelt wird, zu führen und über entsprechende Auskoppelbereiche 55, 56 und 57 als gerichtete oder ungerichtete Strahlung abzugeben. Der sonstige Aufbau der weiteren Scheibe 50 sowie des entsprechenden Einkoppelbereichs 53 und der weiteren Auskoppelbereiche 55-57 kann so sein, wie dies im Zusammenhang mit der inneren Scheibe 2 beschrieben wurde. Die innere Scheibe 2 sowie die weitere Scheibe 50 können somit auch als erster und zweiter Lichtleiter bezeichnet werden. Die unterschiedlichen Lichtleiter können ferner dazu benutzt werden, dass sie Licht unterschiedlicher Wellenlängen führen und abgeben. Dazu sind die Lichtquellen 20 und 52 entsprechend ausgebildet.
-
Natürlich können nicht nur zwei Lichtleiter vorgesehen sein. Es können auch drei oder mehr Lichtleiter in gleicher Art und Weise aufeinander als Stapel ausgebildet sein.
-
Mit den zwei oder mehr Lichtleitern können z.B. unterschiedliche Auskoppelstrukturen bzw. unterschiedliche Auskoppelbereiche auf den Lichtleitern vorhanden sein. So können z.B. verschiedene Leuchtsignaturen oder z.B. Bilder realisiert werden. Insbesondere können diese einzeln an- und ausgeschaltet werden
-
Bei den bisher beschriebenen Auskoppelbereichen wurde von im Wesentlichen punktförmigen Auskoppelbereichen 17-19, 41-43 und 55-57 bzw. von Auskoppelbereichen 17-19, 42-44 und 55-57 mit geringer lateraler Ausdehnung im Vergleich zum Abstand der Auskoppelbereiche 17-19, 42-44 und 55-57 untereinander ausgegangen. Es ist jedoch auch möglich, einen flächig ausgebildeten Auskoppelbereich oder auch mehrere flächig ausgebildete Auskoppelbereiche vorzusehen.
-
Wenn der Auskoppelbereich flächig ausgebildet ist, kann er so ausgebildet sein, dass er die eingekoppelte Strahlung diffus oder gerichtet auskoppelt. Insbesondere ist es möglich, dass der flächige Auskoppelbereich als Volumengitter ausgebildet ist, in das eine Bildinformation einbelichtet wurde. Bei Beleuchtung mit der eingekoppelten Strahlung kann dann das Bild rekonstruiert werden, so dass eine sich im Fahrzeug befindende Person das einbelichtete Bild wahrnehmen kann. In diesem Fall kann der Auskoppelbereich als Bild-Hologramm ausgebildet sein. Insbesondere kann das Bild-Hologramm so ausgebildet sein, dass es als Bildebene-Hologramm ausgebildet ist, so dass es für die Person in Fahrzeug als Bild in der inneren Scheibe 2 wahrnehmbar ist.
-
In den beschriebenen Ausführungsformen ist die Verbundglasscheibe 1 mit planer Außenseite 10 und planer Innenseite 9 dargestellt. Natürlich kann die Verbundglasscheibe 1 gekrümmt ausgebildet sein. In diesem Fall können die Außenseite 10 und/oder die Innenseite 9 gekrümmt ausgebildet sein. Insbesondere können auch die beiden Scheiben 2, 3 jeweils zwei gekrümmte Seiten 5-8 aufweisen, wobei die einander zugewandte zweite und dritte Seite 6 und 7 der inneren Scheibe 2 und der äußeren Scheibe 3 bevorzugt komplementäre Krümmungen aufweisen, so dass eine möglichst dünne Verbundglasscheibe 1 hergestellt werden kann.
-
Die Dicke der inneren Scheibe 2 sowie der äußeren Scheibe 3 kann insbesondere im Bereich von größer als 2 mm bis zu 5 mm liegen.
