DE102004046386A1

DE102004046386A1 - Lichtleiter für Leuchten, insbesondere für Leuchten von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102004046386A1
Application number: DE102004046386A
Authority: DE
Inventors: Emil Stefanov
Original assignee: Odelo GmbH
Current assignee: Odelo 71409 Schwaikheim De GmbH
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06
Also published as: KR20060051293A; EP1640656A3; EP1640656B1; EP1640656A2; US20060067084A1

Abstract

Der Lichtleiter hat eine Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht durch eine Reflexionsstruktur über wenigstens einen Teil der Länge an einer Lichtaustrittsseite aus dem Lichtleiter herausgelenkt wird. DOLLAR A Um einen Lichtleiter so auszubilden, daß mit ihm in einfacher Weise eine gewünschte Leuchtdichteverteilung erreicht werden kann, ist der Anteil an Reflexionsfläche eines der Lichtquelle näher liegenden Bereiches der Reflexionsstruktur an der Gesamtreflexionsfläche des Lichtleiters kleiner oder größer als der Anteil der Reflexionsfläche eines von der Lichtquelle weiter entfernt liegenden Bereiches. Eine gewünschte Leuchtdichteverteilung kann so einfach erhalten werden. DOLLAR A Der Lichtleiter eignet sich insbesondere für Leuchten von Kraftfahrzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter für Leuchten, insbesondere für Leuchten von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Lichtleiter bekannt, bei denen der Lichtaustrittsfläche eine Reflexionsfläche gegenüberliegt, die hintereinander angeordnete Prismen aufweist, die eine gleichbleibende, meistens symmetrische Prismenstruktur haben. Solche Lichtleiter haben den Nachteil, daß über die Länge des Lichtleiters keine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung oder keine selektiv ausgerichtete Lichtstärkeverteilung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtleiter dieser Art so auszubilden, daß mit ihm in einfacher Weise eine gewünschte Leuchtdichteverteilung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Lichtleiter der gattungsbildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung kann eine gewünschte Leuchtdichteverteilung einfach erhalten werden. Durch entsprechende Einstellung der Größe der Reflexionsflächen wird erreicht, daß z.B. im Bereich neben der Lichtquelle der Anteil an Reflexionsflächen geringer oder größer ist als in einem entfernteren Bereich. Da im Bereich der Lichtquelle die Lichtstärke hoch ist, genügt ein verhältnismäßig kleiner Anteil an Reflexionsfläche. Die weiter entfernt von der Lichtquelle liegenden Reflexionsflächen sind prozentual in einem größeren Anteil vorhanden, um den geringeren Lichtanteil zur Auskoppelseite des Lichtleiters zu reflektieren. Auf diese Weise kann beispielsweise über die Länge der Auskoppelseite des Lichtleiters eine zumindest annähernd gleiche Leuchtdichteverteilung des abgestrahlten Lichtes erhalten werden. Es kann aber auch durch entsprechende Aufteilung des Anteils der Reflexionsflächen erreicht werden, daß das Licht über die Länge der Auskoppelseite des Lichtleiters in bestimmten Leuchtdichten austritt. Insbesondere kann infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung das Licht gezielt so gelenkt werden, daß eine effektive Lichtauskoppelung in einem vorgeschriebenen Raumwinkelbereich erreicht wird. Dadurch wird eine gleichmäßigere mittlere Leuchtdichteverteilung entlang des Lichtleiters bezüglich verschiedener Beobachtungspositionen erreicht. Auch eine gesetzlich geforderte Lichtstärkeverteilung läßt sich auf diese Weise einfach erreichen.

Die Reflexionsstruktur wird vorteilhaft durch Prismen gebildet. Um eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung bei gleichzeitigem Erfüllen der Anforderungen bezüglich der Lichtstärkeverteilung zu erreichen, wird eine Funktionssteuerung verschiedener Prismenparameter vorgenommen. So können die Prismenparameter örtlich variiert werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Lichtleiters in Draufsicht,
2 bis 4 jeweils einen Lichtleiterabschnitt gemäß 1 in vergrößerter Darstellung,
5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters in einer Darstellung entsprechend 1,
6 bis 9 jeweils unterschiedliche Ausführungsformen von Lichtleiterabschnitten des Lichtleiters.
Die in den 1 und 5 dargestellten Lichtleiter 1 sind für Leuchten für Kraftfahrzeuge vorgesehen. Sie bestehen in bekannter Weise aus lichtleitendem Material und sind beispielhaft als gekrümmte Stäbe ausgebildet, deren eines Ende als Lichteintrittsfläche 2 (1) ausgebildet ist. Sie wird durch eine Vertiefung in Form eines Kugelausschnittes gebildet, in der ein Leuchtmittel 3, vorzugsweise eine LED, liegt. Anstelle einer Leuchtdiode kann auch ein anderes Leuchtmittel, wie beispielsweise eine Glühlampe oder dergleichen, vorgesehen sein. Die konvexe Seite 4 des Lichtleiters 1 bildet eine Lichtaustrittseite, während die gegenüberliegende konkave Außenseite eine Reflexionsseite 5 bildet. An der Reflexionsseite 5 werden die vom Leuchtmittel 3 ausgesandten Lichtstrahlen zur Lichtaustrittsseite 4 reflektiert. Die Reflexionsseite 5 weist über ihre Länge unterschiedlich ausgebildete Profilierungen bzw. Profilabschnitte 6 bis 8 auf, deren Ausbildungen in den 2 bis 4 bzw. 6 bis 9 näher dargestellt sind.
Der Lichtleiter 1 kann auch so ausgebildet sein, daß das Leuchtmittel 3, insbesondere die LED, vom Material des Lichtleiters 1 umspritzt ist. In diesem Fall bildet das entsprechende Ende des Lichtleiters 1 keine Lichteintrittsfläche 2, da das Licht innerhalb des Lichtleiters 1 aus dem Leuchtmittel 3 austritt. Im folgenden werden Lichtleiter 1 mit Lichteintrittsflächen 2 beschreiben. Die beschriebenen Ausbildungen der Lichtleiter 1 gelten aber auch für Ausführungsformen, bei denen das Leuchtmittel 3 vom Material des Lichtleiters 1 umspritzt ist.
In den Ausführungsbeispielen sind die Profilabschnitte 6 bis 8 durch einzelne, in Längsrichtung des Lichtleiters 1 aneinanderschließende Prismen 11 gebildet; selbstverständlich können anstelle der Prismen auch andere Reflexions- bzw. Streukörper vorgesehen sein. Vorzugsweise unterscheiden sich die Prismen der Lichtleiter-Profilabschnitte 6 bis 8 beispielsweise durch ihre Prismenhöhe, Basisweite, Asymmetrie bzw. Neigung ihrer Seitenflächen 12, 13, der Abrundung ihrer Kanten 14 oder der Geometrie der Einkuppelstellen. Alle oder nur einzelne dieser Parameter können voneinander abweichen. Außerdem kann die Lage der Lichtquelle 3 in bezug auf die Reflexisionskörper bzw. ihre Seitenflächen 12, 13 unterschiedlich sein. Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Profilabschnitte so angeordnet und ausgebildet, daß ihre Prismen mit zunehmender Entfernung von der Lichteintrittsfläche 2 bzw. vom Leuchtmittel 3 das auftreffende Licht stärker reflektieren, um so die in zunehmender Entfernung vom Leuchtmittel 3 sich verringernde Lichtintensität des austretenden Lichtes auszugleichen, so daß eine gleichmäßigere Lichtverteilung über die Länge des Lichtleiters 1 erreicht wird.
An die Lichteintrittsfläche 2 schließt ein Totalreflektorbereich 2' an, der sich von der Lichteintrittsfläche 2 aus erweitert und dessen Mantellinien konvex gekrümmt sind. Die vom Leuchtmittel 3 ausgehenden Strahlen treffen teilweise auf die Wandung des Totalreflektorbereiches 2', an der sie total reflektiert werden. Der Bereich 2' geht in einen Profilabschnitt 6 über (2), der eine wellenförmige Profilierung mit schwach ausgeprägten Prismen aufweist, die also geringe Prismenhöhe haben und deren Seitenflächen 12, 13 mit relativ großem stumpfen Winkel zueinander verlaufen, so daß die Basisweite dieser Prismen 11 entsprechend groß ist. Die Seitenflächen 12, 13 können abgerundet oder auch über Kanten 14 ineinander übergehen. Vorzugsweise nimmt auch innerhalb dieses Profilabschnittes 6 zumindest die Prismenhöhe der Prismen 11 mit zunehmender Entfernung vom Leuchtmittel 3 bzw. der Lichteintrittsfläche 2 zu.
Im Bereich des Profilabschnittes 7 gemäß 3 sind die Prismen 11 noch stärker ausgeprägt als im Profilabschnitt 6. Die Prismen 11 haben mit zunehmender Entfernung von der Lichteintrittsseite 2 und mit zunehmendem Abstand vom Profilabschnitt 6 eine größere Prismenhöhe und kleinere Basisweite, so daß ihre Seitenflächen 12, 13 unter kleinerem spitzen Winkel zueinander liegen als im Profilabschnitt 6. Im Bereich des Profilabschnittes 8 nimmt die Prismenhöhe weiter zu. Auch die Basisweite kann weiter abnehmen. Es ist auch möglich, die Basisweite unverändert zu lassen.
In allen Profilabschnitten 6 bis 8 können auch asymmetrisch ausgebildete Prismen 11 vorhanden sein. Solche asymmetrisch ausgebildete Prismen, die zum Beispiel von der Lichteintrittsfläche 2 weg oder zu dieser hingeneigt sind, sind in den 6 bis 9 dargestellt, wie noch erläutert wird. Außerdem können die Prismen 11 mit scharten oder auch abgerundeten Kanten ausgebildet sein. Durch die mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche 2 stärker ausgeprägte Profilierung der Reflexionsseite 5 kann die in dieser Richtung abnehmende Lichtstärke und Leuchtdichte durch eine Erhöhung des Anteils der Reflexionsflächen 12, 13 der Profilabschnitte 6 bis 8 an der gesamten Reflexionsfläche erhöht werden.
Wie die 5 bis 9 zeigen, können aufeinanderfolgende Prismen 11 auch deutlich unterschiedliche Höhen, Neigungen und/oder Kantenausbildungen haben.
Wie 6 zeigt, schließen an einen Bereich 9 mit Prismen geringer Höhe, ähnlich der gemäß 2 Prismen 11 an, deren Prismenhöhe mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsseite 2 stark zunimmt und die geringe Basisweite sowie scharfe freie Kanten 14 und einen scharfkantig ausgebildeten Nutgrund 15 aufweisen. Die relativ hohen Prismen 11 gehen dann in weniger hohe Prismen 11 über, die gleiche Basisweite und deren Seitenflächen 12, 13 unterschiedliche Höhe haben. In diesem Profilbereich hat die Reflexionsseite 5 einen asymmetrischen Verlauf, wodurch eine jeweils optimale Leuchtdichteverteilung erreicht und die Auskopplungsrichtung für das austretende Licht je nach Geometrieverhältnissen des Lichtleiters beliebig eingestellt werden können. Bei dieser Ausführung wird dies durch die funktionsgesteuerte Prismenhöhe erreicht.
7 zeigt wieder einen Profilabschnitt der Reflexionsseite 5, bei dem die Prismen 11 unterschiedlich ausgebildet sind, indem eine funktionsgesteuerte Prismenrundung eingesetzt wird. In einem ersten Bereich haben die Prismen 11 ähnlich denen in 6 einen scharfkantigen Übergang und teilweise unterschiedlich lange Seitenflächen 12, 13, während in einem anschließenden Abschnitt die dort vorgesehenen Prismen 11 geringere Prismenhöhe haben, jedoch in ihrem Basisbereich bzw. Nutgrund 15 teilkreisförmig abgerundet sind.
8 zeigt einen Profilabschnitt mit funktionsgesteuerter Prismenneigung. In diesem Profilabschnitt sind die Prismen 11 unterschiedlich geneigt. In einem ersten Abschnitt sind die Prismen in der Zeichnung nach links und in einem rechten Abschnitt der 8 nach rechts geneigt. Bei den dazwischen liegenden Prismen 11 ist die unterschiedlich lange Ausbildung der Prismenseitenflächen 12, 13 weniger stark ausgeprägt. Bei dem linken Abschnitt haben die einen Prismeiseitenflächen 12 größere Länge als die anderen Prismenseitenflächen 13. Im Bereich zwischen den in unterschiedlichen Richtungen geneigten Prismen 11 sind im Ausführungsbeispiel einige Prismen 11 vorgesehen, die etwa symmetrisch ausgebildet sind.
Bei der Ausführungsform nach 9 wird eine Kombination funktionsgesteuerter Prismenparameter, wie Höhe, Neigung und Rundung, eingesetzt. An einen Bereich mit nur sehr geringer Profilhöhe schließen Prismen an, die zunehmend ausgeprägter, also größere Prismenhöhe haben und asymmetrisch ausgebildet sind. An diesen Übergangsbereich schließt dann wieder ein Bereich mit Prismen an, die ähnlich wie im ersten Bereich nur geringe Höhe haben, also kaum erkennbar sind. Die an den in 9 linken, schwach ausgeprägten Prismenbereich anschließenden Prismen 11' haben einen abgerundeten Nutgrund 15, gehen aber über scharfe Kanten 14 in die Seitenflächen 12, 13 über. Diese asymmetrisch ausgebildeten Prismen 11' sind in 9 nach rechts geneigt. Dieser nach rechts geneigte Prismenteil 11' geht in einen nach links geneigten Prismenabschnitt über, in dem die Prismen 11'' einen scharfkantigen Nutgrund 15 haben. Ihre Seitenflächen 13 sind länger als die anderen Seitenflächen 12. Im Anschlußbereich an die Prismen 11' haben die Prismen 11'' größere Prismenhöhe, die dann nach rechts in 9 abnimmt. Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Prismenbe reichen erfolgen vorteilhaft fließend, können aber bei entsprechenden Anwendungsfällen auch sprunghaft sein.
Selbstverständlich sind beliebige, durch Ändern der Prismenhöhe, -neigung, -rundung, -schrittweite usw. Abwandlungen der Prismenform und Anordnung denkbar. Anstelle der Prismen können, wie bereits erwähnt, auch andere Reflexionskörper vorgesehen sein. Durch entsprechende Ausbildung und Anordnung dieser Reflexionskörper kann die Lichtverteilung und Lichtstärke bzw. Leuchtdichte so verbessert werden, daß der Lichtleiter 1 gleichmäßig Licht abstrahlt. In jedem Fall ist der Anteil der Reflexionsfläche des Lichtleiters 1 in seinem an die Lichteintrittsfläche 2 anschließenden Teil, bezogen auf die Gesamtreflexionsfläche des Lichtleiters 1, kleiner als in den übrigen Bereichen. Damit in den weiter entfernt von der Lichteintrittsseite 2 bzw. vom Leuchtmittel 3 liegenden Bereichen trotz abnehmender Leuchtdichte ausreichend Licht nach außen abgestrahlt wird, ist dort der Anteil der Reflexionsfläche an der Gesamtreflexionsfläche größer als im Lichteintrittsbereich.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht beschränkend zu verstehen, sondern sollen veranschaulichen, daß durch gezielte Steuerung von Lichtleiterparametern, wie Prismenhöhe und -basisweite, Prismenasymmetrie (-neigung) und Prismenkantenradien, Querschnitts- oder Einkoppelstellen-Geometrie, Lichtquellenposition und dergleichen, eine Anpassung an den gewünschten Einsatzzweck möglich ist. Die unterschiedlichen Gestaltungen der Prismen lassen sich durch geeignete Funktionsverteilungen erreichen, wie zum Beispiel Polynome höheren Grades, Trigonometriefunktionen, Exponentialfunktionen und/oder andere kontinuierliche oder diskontinuierliche Funktionen sowie Kombinationen dieser Funktionen. Dadurch wird die Lichtstärke- und Leuchtdichteverteilung besser an vorgegebene Anforderungen angepaßt, insbesondere werden Lichtauskoppelungseffizienz und Wahrnehmung und ihre Wirkung gezielt verbessert.
Die Erzeugungsparameter benachbarter Auskopplungselemente 11 variieren so, daß optimierte bzw. optimale Funktionsverteilungen erreicht werden.
Die beschriebenen Lichtleiterparameter können unabhängig voneinander variiert werden. So kann nur ein Lichtleiterparameter geändert bzw. variiert werden. Es ist aber auch möglich, zwei oder mehr Lichtleiterparameter zu verändern. Hierbei sind unterschiedlichste Kombinationen von Lichtleiterparametern möglich.
Die erfindungsgemäßen Lichtleiter können nicht nur bei Leuchten von Kraftfahrzeugen, sondern auch bei Innen- und Außenbeleuchtungen von Markierungs- oder Integratorleuchten eingesetzt werden. Es sind auch beliebige Freiformlichtleiter denkbar, die beispielsweise für die Werbung oder Signalisation eingesetzt werden.
Wie sich aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen ergibt, können eine gezielte Lichtstärkeverteilung, eine effektive Lichtauskoppelung in einem vorgeschriebenen Raumwinkelbereich und eine gleichmäßige Leuchtdichteverteilung entlang des Lichtleiters 1 bezüglich verschiedener Beobachtungspositionen eingestellt werden.
Die Prismenbasisweite liegt vorteilhaft bei nur etwa 1 mm. Schon bei einem Abstand von etwa 1,5 m sind die Prismen dann vom menschlichen Auge nicht aufzulösen. Der Lichtleiter 1 wirkt dann wie ein glatter, durchgehender Stab.

Claims

Lichtleiter für Leuchten, vorzugsweise für Leuchten von Kraftfahrzeugen, mit wenigstens einer Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht durch eine Reflexionsstruktur über wenigstens einen Teil der Länge an einer Lichtaustrittsseite aus dem Lichtleiter herausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Reflexionsfläche (12, 13) eines der Lichtquelle (3) näher liegenden Bereiches (6 bis 8) der Reflexionsstruktur an der Gesamtreflexionsfläche des Lichtleiters (1) kleiner oder größer ist als der Anteil der Reflexionsfläche (12, 13) eines von der Lichtquelle (3) weiter entfernt liegenden Bereiches.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Reflexionsfläche (12,13) stetig zunimmt.
Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Reflexionsfläche (12,13) abschnittsweise zunimmt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Reflexionsfläche (12, 13) in einem Abschnitt (6 bis 8) des Lichtleiters (1) zunimmt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsstruktur durch Prismen (11) gebildet ist.
Lichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11) unterschiedliche Querschnittsform haben.
Lichtleiter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11), die näher bei der Lichtquelle (3) liegen, kleinere Reflexionsfläche (12, 13) haben als die größeren Abstand von der Lichtquelle aufweisenden Prismen.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (12, 13) benachbarter Prismen (11) mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle (3) zunimmt.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11', 11'') innerhalb eines Bereiches (6 bis 8) des Lichtleiters (1) gleich große Reflexionsflächen (12, 13) haben, und daß die Größe der Reflexionsflächen (12, 13) benachbarter Bereiche (6 bis 8) unterschiedlich ist.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Prismen (11, 11', 11'') hinsichtlich ihrer Höhe und/oder ihrer Basisweite und/oder Asymmetrie und/oder Neigung und/oder Kantenradien voneinander unterscheiden.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einander benachbarte Reflexionsflächen (12, 13) spitzwinklig und/oder abgerundet ineinander übergehen.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11', 11'') in gleicher und/oder entgegengesetzter Richtung zueinander geneigt sind.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11', 11'') symmetrische Querschnittsform haben.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11', 11'') asymmetrische Querschnittsform haben.
Lichtleiter nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Prismen (11, 11', 11'') funktionsgesteuert gewählt werden.