DE19740265A1 - Laterally radiating light conductor, e.g. for back lighting of strips for color coding, identifying elements, graphics and images - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen seitlich, quer zur Achse lichtabstrahlenden linearen Lichtleiter.The invention relates to a light emitting laterally, transversely to the axis linear light guide.
Bekannt sind im Querschnitt kreisförmige Lichtleiter bei denen durch Aufrauhung des Mantels der Lichtleiter oder durch Verwendung volumenstreuenden Materials eine seitliche Lichtabstrahlung erreicht wird.Are known in cross section circular light guides in which by roughening the jacket of the light guide or by using volume-scattering material Lateral light emission is achieved.
Bei dieser Gestaltung ist es schwierig, die pro Längeneinheit austretende Lichtmenge zu dimensionieren, insbesondere nimmt die Lichtabstrahlung über die Länge des Lichtleiters stark ab. Die Lichtleiter strahlen in alle Richtungen, eine einseitige Abstrahlung muß über zusätzliche optische Systeme erreicht werden.With this design, it is difficult to get out the per unit length To dimension the amount of light, in particular the light radiation takes over the Length of the light guide strongly. The light guides radiate in all directions, one one-sided radiation must be achieved via additional optical systems.
Andere lineare Lichtleiter besitzen auf ihrer Oberfläche schmale diffus reflektierende Streifen, an denen Licht seitlich ausgelenkt und unter Ausnutzung der optischen Wirkung der Form ihres Querschnittes gebündelt wird.Other linear light guides have narrow, diffuse surfaces reflective strips on which light is deflected laterally and using the optical effect of the shape of its cross section is bundled.
Hier ist die abgestrahlte Lichtmenge über kurze Längen des Lichtleiters wegen der sehr begrenzten Abmessungen des lichtauslenkenden Streifens sehr gering, auch ist die Längsgleichmäßigkeit des abgestrahlten Lichtes problematisch. Zur Hinterleuchtung von streifenförmigen Hinweisflächen sind diese Lichtleiter wegen der geringen abgestrahlten Lichtmenge nicht geeignet.Here is the amount of light emitted over short lengths of the light guide because of the very limited dimensions of the light-deflecting strip very small, too the longitudinal uniformity of the emitted light is problematic. For Backlighting of strip-shaped information surfaces are due to these light guides not suitable due to the small amount of light emitted.
Schließlich existieren Lichtleiter, die das Licht durch in ihrem Inneren angebrachten Reflektorflächen seitlich aus dem Lichtleiter auslenken. Diese Lichtleiter sind schwierig in ihrer Herstellung und müssen für eine gleichmäßige Lichtauslenkung eine Vielzahl unterschiedlicher Auslenkreflektoren besitzen. Zur Hinterleuchtung von streifenförmigen Hinweisflächen sind diese Lichtleiter wegen der nicht kontinuierlichen Lichtabstrahlung nicht geeignet.Finally, there are light guides that light through through the inside Deflect the reflector surfaces from the side of the light guide. These are light guides difficult to manufacture and need for uniform light deflection have a variety of different deflection reflectors. For backlighting of strip-shaped information surfaces, these light guides are not because of the continuous light emission not suitable.
Erfindungsaufgabe ist es deshalb, einen Lichtleiter zur seitlichen Lichtabstrahlung
mit folgenden Eigenschaften zu finden:
The task of the invention is therefore to find a light guide for lateral light emission with the following properties:
- - Möglichkeit der Beeinflussung der Lichtmenge pro Länge des Lichtleiters.- Possibility of influencing the amount of light per length of the light guide.
- - Möglichkeit der Beeinflussung der Gleichmäßigkeit der Lichtabstrahlung längs des Lichtleiters.- Possibility of influencing the uniformity of the light radiation along the light guide.
- - Möglichkeit der Wahl der Geometrie der Lichtabstrahlung, d. h. einseitig, zweiseitig, gegebenenfalls rundum.- Possibility of choosing the geometry of the light emission, d. H. one-sided, two-sided, possibly all around.
- - Möglichkeit zur Hinterleuchtung von Streifen für Farbcodierungen, Hinterleuchtung von Hinweiselementen, Grafiken, Bildern.- Possibility of backlighting strips for color coding, Backlighting of information elements, graphics, pictures.
- - Einfache Herstellbarkeit und Anpassung an die jeweilige Aufgabe.- Easy to manufacture and adapt to the respective task.
Die Lösung der Erfindungsaufgabe erfolgt gemäß der in den Ansprüchen formulierten Lösungswege.The invention task is solved according to the in the claims formulated solutions.
Grundgedanke der Erfindung ist es, den Lichtleiter auf seinem Außenumfang mit einer Fläche zu versehen, die so schwach gekrümmt oder plan ist, daß eine Bearbeitung in Form von Aufrauhung, z. B. Fräsen, Beschichtung oder Siebdruck oder durch andere Methoden die auf schwach gekrümmte oder ebene Flächen anwendbar sind, leicht möglich ist.The basic idea of the invention is to use the light guide on its outer circumference to provide a surface that is so slightly curved or flat that a Processing in the form of roughening, e.g. B. milling, coating or screen printing or by other methods on weakly curved or flat surfaces are applicable, is easily possible.
Besonders vorteilhaft wird die Bearbeitung der Lichtleiter, wenn deren zu bearbeitende Flächen in einer Ebene ausgebreitet werden können.The processing of the light guide is particularly advantageous if it is too machining areas can be spread out in one plane.
In Ausnahmefällen kann die zu bearbeitende Fläche um den Lichtleiter gewendelt sein, so daß sich zumindest eine einachsig plane Fläche ergibt, die durch Abrollen in einer Ebene, bzw. durch Drehen des Lichtleiters bearbeitet werden kann. Die zu bearbeitenden Flächen können glatt sein oder mit einer Riefenstruktur parallel zur Achse des Lichtleiters versehen sein, deren nach außen ragende Spitzen in der beschriebenen planen oder nur leicht gekrümmten Ebene liegen. Besonders vorteilhaft sind prismatische Riefen mit einem Winkel von 90° zwischen den Flanken. In exceptional cases, the surface to be processed can be wound around the light guide be, so that there is at least one uniaxially flat surface, which by rolling can be processed in one plane or by rotating the light guide. The surfaces to be processed can be smooth or with a grooved structure be provided parallel to the axis of the light guide, the outwardly projecting Peaks lie in the plane described or only slightly curved. Prismatic grooves with an angle of 90 ° between are particularly advantageous the flanks.
Die Lichtleiter können kompakt aus völlig klarem oder im Volumen streuendem Material sein. Es können auch kompakte oder hohle Lichtleiter mit einer Riefenstruktur auf ihrer Außenseite verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind prismatische Strukturen parallel zur Achse des Lichtleiters mit einem Winkel von 90° zwischen den Flanken. Die Spitzen der Riefen können gebrochen oder beschichtet werden, so daß Trapeze entstehen, um Lichtaustrittsflächen zu schaffen.The light guides can be compact from completely clear or scattering in volume Material. Compact or hollow light guides can also be used Grooved structure can be used on its outside. Are particularly advantageous prismatic structures parallel to the axis of the light guide with an angle of 90 ° between the flanks. The tips of the grooves can be broken or coated be so that trapezoids arise to create light exit surfaces.
Die Bearbeitung der planen oder nur leicht gekrümmten Flächen hat den Sinn, an diesen Stellen die Totalreflexion im Lichtleiter zu unterbrechen und somit Licht aus dem Inneren nach außen treten zu lassen.The processing of the flat or only slightly curved surfaces makes sense to interrupt the total reflection in the light guide at these points and thus light out to let the inside step out.
Durch die Gestaltung der durch die Bearbeitung entstehenden Störstellen kann die austretende Lichtmenge sowie die Gleichmäßigkeit der Lichtabstrahlung beeinflußt werden.By designing the defects caused by the processing, the amount of light emitted and the uniformity of the light radiation are influenced become.
So kann die Beschichtung gerastert aufgebracht werden mit größerer Dichte je weiter die Oberfläche von der Stelle der Lichteinspeisung entfernt ist.So the coating can be applied in a grid pattern with greater density each the surface is further away from the point of the light feed.
Je nach Anordnung von äußeren Reflektoren vor oder auf bearbeiteten oder unbearbeiteten Flächen oder deren Freilassung kann die Richtung und auch die Intensität der Lichtabstrahlung bestimmt werden.Depending on the arrangement of external reflectors in front of or on machined or unprocessed areas or their release can change the direction and also the Intensity of light radiation can be determined.
Je nach Anwendungszweck kann aus einer Vielfalt möglicher Querschnittsformen der Lichtleiter ausgewählt werden.Depending on the application, a variety of cross-sectional shapes can be used Optical fibers can be selected.
So sind beispielsweise für eine intensive Lichtabstrahlung, mit gegenüber der Gesamtfläche großen zu bearbeitenden Flächen, Lichtleiter mit dreieckigem Querschnitt besonders vorteilhaft.For example, for an intense light emission, with compared to the Total area of large areas to be processed, light guide with triangular Cross section particularly advantageous.
Durch die Wahl der bearbeiteten Flächen, sowie die Anordnung äußerer Reflektoren und eventuell zu hinterleuchtender Flächen kann die Lichtabstrahlung des Lichtleiters festgelegt werden.By the choice of the processed surfaces, as well as the arrangement of external reflectors and possibly backlit surfaces, the light emission of the Optical fiber can be set.
Durch die flächenhafte Ausleuchtung des linearen Lichtleiters ist dieser im besonderen Maße geeignet, auf der lichtabstrahlenden Fläche Informationen, Hinweise, Grafiken oder Farbkodierungen zu tragen, oder aber streifenförmige, vorzugsweise lichtstreuende, transparente Scheiben bzw. Folien als Träger der Informationen zu hinterleuchten. Um die Breite der Lichtaustriftsfläche zu vergrößern, können mehrere lineare Lichtleiter nebeneinander angeordnet werden. Die Lichteinspeisungen können erfindungsgemäß auch zwischen den Lichteintrittsflächen eines an dieser Stelle unterbrochenen Lichtleitbandes angeordnet werden. Diese Stelle der Lichteinspeisung kann dann im Bedarfsfall erfindungsgemäß benutzt werden, um an diesen Stellen vergrößerte Flächen mit Informationen zu hinterleuchten. Die Reflektoren zur Abdeckung von Flanken der Lichtleiter können in diesen Fällen als elektrische Leiter verwendet werden. Due to the areal illumination of the linear light guide, it is in the suitable dimensions, information on the light-emitting surface, To carry notices, graphics or color coding, or strip-shaped, preferably light-scattering, transparent disks or foils as a carrier for the Backlight information. To the width of the light extraction area too enlarge, several linear light guides can be arranged side by side. According to the invention, the light feeds can also be between the Light entry surfaces of a light guide strip interrupted at this point to be ordered. This point of light supply can then be used if necessary are used according to the invention to have enlarged areas at these points Backlight information. The reflectors to cover the flanks of the In these cases, optical fibers can be used as electrical conductors.
Die Erfindung wird durch die Bilder 1 bis 17 beispielsmäßig dargestellt:The invention is exemplified by Figures 1 to 17:
Bild 1 zeigt einen gebogenen, z. B. flexiblen Lichtleiter 1 mit der Lichteintrittsfläche 2, in die in Pfeilrichtung Licht eingespeist wird. Die Gegenfläche 3 zur Lichteintrittsfläche kann verspiegelt oder mit einem Reflektor abgeschlossen sein. Sie kann aber auch ebenfalls zur Lichteinspeisung dienen. Die Fläche 4 ist in der Schnittebene A-A quer zur Achse des Lichtleiters eben. Figure 1 shows a curved, e.g. B. flexible light guide 1 with the light entry surface 2 , into which light is fed in the direction of the arrow. The counter surface 3 to the light entry surface can be mirrored or finished with a reflector. But it can also be used to feed light. The surface 4 is flat in the section plane AA transverse to the axis of the light guide.
Auf der Fläche 4 sind Störstellen zur Unterbrechung der in dem Lichtleiter stattfindenden Totalreflexion aufgebracht.Impurities are applied to surface 4 to interrupt the total reflection taking place in the light guide.
Bild 2 zeigt einen starren Lichtleiter mit dreieckigem Querschnitt der z. B. durch Extrusion aus PMMA gefertigt werden kann. In die Flächen 2 und/oder 3 kann Licht eingeleitet werden. Die Flächen 4, 5 und 6 sind eben und können Mittel aufnehmen zur Unterbrechung der Totalreflexion. Figure 2 shows a rigid light guide with a triangular cross section of z. B. can be made by extrusion of PMMA. Light can be introduced into areas 2 and / or 3 . The surfaces 4 , 5 and 6 are flat and can accommodate means to interrupt the total reflection.
Bild 3 zeigt den Querschnitt 1 eines dreieckigen Lichtleiters mit einseitiger Lichtabstrahlung in Pfeilrichtung. Figure 3 shows cross-section 1 of a triangular light guide with one-sided light emission in the direction of the arrow.
Die Flächen 4 und 5 bleiben frei, während die Fläche 6 mit der Beschichtung, Aufrauhung oder Struktur 7 versehen ist. Das Licht in Pfeilrichtung wird verstärkt durch den Reflektor 10.The areas 4 and 5 remain free, while the area 6 is provided with the coating, roughening or structure 7 . The light in the direction of the arrow is amplified by the reflector 10 .
Die lichtstreuende Beschichtung 7 in Bild 3 kann gemäß Bild 4 durch Aufteilung auf die Flächen 4 und 5 mit der Beschichtung 8 und 9 vergrößert werden, um eine größere Lichtmenge auszulenken. Auch kann das Seitenverhältnis des Dreiecks, gleichmäßig-rechtwinklig usw. verändert werden.The light-scattering coating 7 in Figure 3 can be enlarged as shown in Figure 4 by dividing the areas 4 and 5 with the coating 8 and 9 in order to deflect a larger amount of light. The aspect ratio of the triangle can also be changed, evenly rectangular, etc.
Eine kleinere Streufläche 3 mit der Beschichtung 4 entsteht nach Bild 5. Damit das im steileren Winkel auf die Fläche 5 fallende Licht nicht verlorengeht, ist dort der Reflektor 11 angeordnet, während der Reflektor 12 ebenso durch die Beschichtung, Aufrauhung oder Strukturierung gelangendes Licht wieder zurückleitet. Dies gilt auch für Bild 4 und den Reflektor 10 in Bild 3. A smaller scattering surface 3 with the coating 4 is produced according to Figure 5. So that the light falling onto the surface 5 at a steeper angle is not lost, the reflector 11 is arranged there, while the reflector 12 also guides light that comes back through the coating, roughening or structuring . This also applies to Figure 4 and the reflector 10 in Figure 3.
Bild 6 zeigt einen einseitig lichtabstrahlenden Lichtleiter mit einer Beschichtung, Aufrauhung oder Strukturierung 7, die so optimiert ist, daß eine möglichst große Lichtmenge durch sie hindurch abgestrahlt wird. Die Reflektoren 11 und 12 vor den Flächen 4 und 5 sammeln dort austretendes Licht. Figure 6 shows a light-emitting light guide on one side with a coating, roughening or structuring 7 , which is optimized in such a way that the greatest possible amount of light is emitted through it. The reflectors 11 and 12 in front of the surfaces 4 and 5 collect emerging light there.
Bild 7 zeigt einen wiederum dreieckigen Lichtleiter, der rundum abstrahlt, in beide Pfeilrichtungen. Die Fläche 6 ist mit einer teilweise durchlässigen Beschichtung, Strukturierung oder Aufrauhung versehen. Figure 7 shows another triangular light guide that emits all around, in both arrow directions. The surface 6 is provided with a partially permeable coating, structuring or roughening.
Die seitliche Lichtabstrahlung oder Lichtfläche kann in allen Fällen durch Nutzung volumenstreuenden oder vorwärtsstreuenden Materials verstärkt werden.Lateral light emission or light surface can be used in all cases volume-scattering or forward-scattering material can be reinforced.
Die Gleichmäßigkeit kann durch Art der Beschichtung, Aufrauhung oder Strukturierung beeinflußt werden.The uniformity can be determined by the type of coating, roughening or Structuring can be influenced.
Bild 8 zeigt beispielsweise einen dreieckigen Lichtleiter, dessen Gleichmäßigkeit der Lichtabstrahlung durch eine gerasterte Beschichtung auf der Fläche 7 optimiert wird. Figure 8 shows, for example, a triangular light guide, the uniformity of the light radiation is optimized by a screened coating on the surface 7 .
Diese ist im Bereich der Lichteintrittsoptik E vor der Lichtaustrittsfläche 2 weniger dicht ausgeprägt und nimmt mit dem Abstand zur Fläche 2 zu. In der Nähe der Fläche 3, wenn diese mit einem Reflektor versehen ist oder ebenfalls als Lichteintrittsfläche dient, ist es günstig, die Dichte der Beschichtung wiederum zu verringern.This is less dense pronounced in the field of optics light entry E in front of the light exit face 2, and increases with the distance to the surface. 2 In the vicinity of the surface 3 , if this is provided with a reflector or also serves as a light entry surface, it is advantageous to again reduce the density of the coating.
Weiterhin können bei allen Beschichtungen je nach Wahl des Materials zusätzliche Effekte, wie Farbeffekte, Fluoreszenseffekte und insbesondere Nachleuchteffekte durch Verwendung langnachleuchtenden Materials erzeugt werden.Furthermore, depending on the choice of material, additional coatings can be used for all coatings Effects such as color effects, fluorescent effects and especially afterglow effects be generated by using long afterglow material.
Weitere Effekte können auch durch Verwendung von Lichteinspeisungen mit bestimmten spektralen Verteilungen erzielt werden.Other effects can also be achieved by using light feeds certain spectral distributions can be achieved.
In Bild 9 ist ein dreieckiger hohler Lichtleiter dargestellt, der auf den Außenflächen eine Riefenstruktur in Form rechtwinklig zueinander geordneter Flächen parallel zur Achse des Lichtleiters besitzt. Figure 9 shows a triangular hollow light guide that has a grooved structure on the outer surfaces in the form of surfaces arranged at right angles to each other parallel to the axis of the light guide.
Die Spitzen auf der Fläche 6 können gebrochen oder beschichtet werden, daß Licht seitlich ausgelenkt wird.The tips on the surface 6 can be broken or coated so that light is deflected laterally.
Die Flächen 4 und 5 bleiben frei, während die Fläche 6 durch einen Reflektor hinterlegt ist, so daß Licht in Pfeilrichtung abgestrahlt wird.The areas 4 and 5 remain free, while the area 6 is deposited by a reflector, so that light is emitted in the direction of the arrow.
Die Bilder 10 bis 13 zeigen weitere mögliche Querschnitte. Figures 10 to 13 show other possible cross sections.
Bild 10 zeigt einen quadratischen Querschnitt mit beschichteter, aufgerauhter oder strukturierter Ausführung 18 der Fläche 18, so daß bei entsprechender Teildurchlässigkeit dieser Lichtleiter aus den Flächen 16 und 18 strahlt. Figure 10 shows a square cross section with a coated, roughened or structured version 18 of the surface 18 , so that with appropriate partial permeability this light guide radiates from the surfaces 16 and 18 .
Durch Reflektoren 21, 22, 23 wird ein einseitig lichtabstrahlender Lichtleiter nach Bild 11 erzeugt.A light guide emitting light on one side according to FIG. 11 is generated by reflectors 21 , 22 , 23 .
Weithin können die Eigenschaften durch Wahl des Seitenverhältnisses der rechteckigen Querschnitte beeinflußt werden.Furthermore, the properties can be selected by selecting the aspect ratio of the rectangular cross sections can be influenced.
Eine Besonderheit bei der Wahl der Größe der lichtstreuenden Fläche bieten trapezförmige Lichtleiter, mit einerseits sehr kleinen Flächen 26, mit Beschichtung 28 oder großen Flächen 24 mit Beschichtung 29.A special feature in the choice of the size of the light-scattering surface is provided by trapezoidal light guides, with on the one hand very small surfaces 26 , with coating 28 or large surfaces 24 with coating 29 .
Der Lichtaustritt im Beispiel 12 erfolgt bei entsprechender Schräge der Flächen 25 und 27 über die Fläche 24. Der Reflektor 24 dient als Lichtsammler.The light exit in example 12 takes place with a corresponding slope of the surfaces 25 and 27 over the surface 24 . The reflector 24 serves as a light collector.
Der Lichtaustritt im Beispiel 13 erfolgt über die Flächen 25, 26, 27. Bei entsprechender Ausführung der Beschichtung 29 auf der Fläche 24 könnte der Lichtaustritt ein- oder zweiseitig sein.The light emission in example 13 takes place via the surfaces 25 , 26 , 27 . With a corresponding design of the coating 29 on the surface 24 , the light exit could be on one or two sides.
Mit linearen Lichtleitern, auch starrer Ausführung können räumliche Geometrien verwirklicht werden. With linear light guides, even rigid designs can create spatial geometries be realized.
Besonders günstig ist es, gemäß Bild 14 bei quer zur Achse abgeschnittenen Lichtleitern 1, die Schnittkante durch Reflektoren 30 zu verbinden, so daß zwischen den im Winkel angeordneten Lichtleitern ein Lichtübertragung stattfindet.It is particularly favorable, as shown in FIG. 14, for light guides 1 cut off transversely to the axis, to be connected by reflectors 30 so that light transmission takes place between the light guides arranged at an angle.
Somit können nach räumlichen Gegebenheiten orientierte leuchtende Linien an Wänden, Böden und Decken angebracht werden mit nur einer einzigen Lichteinspeisung.This means that luminous lines can be displayed based on spatial conditions Walls, floors and ceilings can be attached with just one Light feed.
Für viele Systeme, z. B. Wegeleitsysteme sind Markierungen durch Sicherheitsfarben, Pfeilen, Entfernungsangaben und andere Informationen erforderlich.For many systems, e.g. B. Signage systems are marked by Security colors, arrows, distances and other information required.
Diese Aufgabe kann gemäß Bild 14 beispielsweise mit einer Lichtleiteranordnung gemäß Bild 3 durch Hinterleuchtung einer transparenten, gegebenenfalls zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit lichtstreuenden Scheibe als Träger der Informationen gelöst werden.According to FIG. 14, this task can be achieved, for example, with a light guide arrangement according to FIG. 3 by backlighting a transparent pane, which may be light-scattering to increase the uniformity, as the information carrier.
In einer Anordnung gemäß Bild 16 können die Informationen aber auch direkt oder in sehr kleinem Abstand auf der abstrahlenden Fläche des Lichtleiters angebracht werden. Die Reflektoren 10, 11, 12 der Bilder 14 und 15 können - eventuell unterteilt in Streifen - zur Leitung von elektrischen Strom benutzt werden, z. B. um abschnittsweise unterbrochene Lichtleiter 1 gemäß Bild 17 mit dazwischenliegenden Lampen und optischen Systemen auszuleuchten.In an arrangement according to Figure 16, the information can also be attached directly or at a very small distance on the radiating surface of the light guide. The reflectors 10 , 11 , 12 of the images 14 and 15 can - possibly divided into strips - be used to conduct electrical current, e.g. B. to illuminate sections of broken optical fiber 1 as shown in Figure 17 with lamps and optical systems in between.
Mit Hilfe lichtlenkender Eckstücke und zwischenliegender Lampen und gegebenenfalls auch als Stromleiter ausgebildeten Reflektoren lassen sich Baukastensysteme zum Aufbau von Wegeleitsystemen herstellen. Ebenso ist es aber auch denkbar, mit den seitlich lichtabstrahlenden Lichtleitern Umrisse von Figuren, Schriften oder einzelnen Buchstaben herzustellen.With the help of light-guiding corner pieces and intermediate lamps and if necessary also reflectors designed as current conductors can be Manufacture modular systems for the construction of signposting systems. However, it is also conceivable with the laterally light-emitting light guides Create outlines of figures, fonts or individual letters.
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