DE19939087A1

DE19939087A1 - Lichtleiter

Info

Publication number: DE19939087A1
Application number: DE19939087A
Authority: DE
Inventors: Bernd Giepen; Reiner Goedecker; Roland Lachmayer; Torsten Ruths; Winfried Sprenger
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-02-22

Abstract

Lichtleiter, insbesondere für eine Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei an einem ersten Ende angeordneten Lichtführungssträngen, denen jeweils eine Lichtquelle zugeordnet sind und die jeweils das von einer Lichtqueele emittierte Licht in ein sich anschließendes gemeinsames Lichtsammelelement leiten, wobei die Lichtquellen einer einzigen Lichtfunktion zugeordnet sind und daß die Lichtführungsstränge und das Lichtsammelelement starr ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtleiter, insbesondere für eine Beleuchtungseinrich tung für Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei an einem ersten Ende angeordneten Lichtführungssträngen, denen jeweils eine Lichtquelle zugeordnet sind und die je weils das von einer Lichtquelle emittierte Licht in ein sich anschließendes gemeinsa mes Lichtsammelelement leiten.

Aus der DE 41 19 801 C2 ist ein Lichtleiter für eine Anzeigeeinrichtung eines Kraft fahrzeugs bekannt, der stabförmig ausgebildet ist und an dessen ersten stirnseitigen Ende zwei Lichtquellen angeordnet sind zur Einkopplung des Lichtes. Die zwei Lichtquellen sind auf dasselbe flächig ausgebildete Ende des Lichtleiters orientiert angeordnet. Nachteilig an dem bekannten Lichtleiter ist, daß aufgrund der unter schiedlichen und insbesondere aufgrund der außermittigen Lage der Lichtquellen zu den stirnseitigen Ende eine relativ ungünstige Lichtverteilung in dem Lichtleiter be steht.

Aus der US 5 400 225 A ist ein Lichtleiter für eine Beleuchtungseinrichtung für Kraft fahrzeuge bekannt, der in einem Lichteinkoppelbereich zwei armartige Lichtfüh rungsstränge aufweist, denen jeweils eine Lichtquelle zugeordnet sind. Nachteilig an dem bekannten Lichtleiter ist, daß die Lichtquellen jeweils eine unterschiedliche Lichtfunktion aufweisen und daher jeweils eine hohe Lichtstärke aufweisen müssen. Ferner sind die Lichtführungsstränge bzw. der Lichtleiter flexibel ausgebildet, so daß keine eindeutige Lichtführung gewährleistet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den bekannten Lichtleiter derart auszubilden, daß seine Lichtverteilung und sein lichttechnischer Wirkungsgrad ver bessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit den Oberbegriff des An spruches 1 dadurch gelöst, daß die Lichtquellen einer einzigen Lichtfunktion zuge ordnet sind und daß die Lichtführungsstränge und das Lichtsammelelement starr ausgebildet sind.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß mehrere Lichtführungs stränge im Lichteinkoppelbereich vorgesehen sind, die jeweils einer Lichtquelle mit einer gemeinsamen Lichtfunktion zugeordnet sind. Hierdurch können eine Mehrzahl von lichtstärkeschwächeren Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (LED's), ver wendet werden, wobei das Licht mit geringen Lichtverlusten in ein gemeinsames Lichtsammelelement zusammengeführt wird. Das Lichtsammelelement hat vorzugs weise eine langgestreckte Formgebung, so daß das Licht an eine gewünschte Stelle weitergeleitet werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Lichtführungs stränge jeweils eine Lichteinkoppelfläche auf, die in einer gemeinsamen Lichteintritt sebene verlaufen. Vorteilhaft können hierdurch die Lichtquellen beabstandet vonein ander in einer Ebene angeordnet sein, so daß die vorzugsweise als Leuchtdioden (LED) ausgebildeten Lichtquellen auf einer gemeinsamen ebenen Leiterplatte ange ordnet sein können.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtführungsstränge auf einer der Lichteinkoppelfläche abgewandten Seite einstückig mit dem Lichtsammelelement verbunden. Vorzugsweise gehen die Lichtführungsstränge kontinuierlich in das stabförmig ausgebildete Lichtsammelelement über. Vorteilhaft wird hierdurch ermög licht, daß das nach dem Prinzip der Totalreflexion in den Lichtführungssträngen ge führte Licht unter einem günstigen Reflexionswinkel innerhalb des Lichtsammelele mentes weitergeleitet wird.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Lichtführungs strang aus einem der Lichteinkoppelfläche zugewandten geraden Abschnitt und ei nem sich in Lichtausbreitungsrichtung anschließenden schrägen Abschnitt. Der ge rade Abschnitt dient zur geführten Einkopplung der Lichtstrahlen, während der schräge Abschnitt die eingekoppelten Lichtstrahlen nach und nach in Richtung des Lichtsammelelementes weiter einleitet. Vorzugsweise erstreckt sich der schräge Ab schnitt unter einem kleinen Winkel zu der achsparallelen Kontur des geraden Ab schnitts bzw. des Lichtsammelelementes, so daß die Lichtverluste gering gehalten werden können.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtführungsstränge paarweise und unter Bildung eines gemeinsamen Verbindungsabschnitts zueinander angeord net, so daß der Lichtleiter eine symmetrische bzw. rotationssymmetrische Form und eine einfache Geometrie aufweist, die eine einfache Herstellung des Lichtleiters er möglichen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Lichtführungsstrang zumindest in einem der Lichteinkoppelflächen nahen Bereich eine paraboloide Form auf, so daß die eingekoppelten Lichtstrahlen hin zu einer Längsachse des Lichtsammelele mentes geführt werden. Die paraboloide Formgebung des Lichtführungsstrangs er möglicht einerseits eine relativ kurze Ausdehnung des Lichtführungsstrangs und zum anderen eine Einkopplung des Lichtes in das Lichtsammelelement unter einem günstigen Eintrittswinkel, so daß die Lichtverluste gering gehalten werden können.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich ein Lichtführungsstrang von der Eintrittsfläche mit einer parabelförmigen Kontur unter Bildung eines in Richtung der optischen Achse der zugeordneten Lichtquelle gekippten Winkels zu dem Licht sammelelement. Hierdurch wird eine homogenen und zugleich gezielte Lichtführung in Richtung des Lichtsammelelementes ermöglicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführli chen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausfüh rungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung eines Lichtleiters nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Lichtleiter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Lichtleiter entlang Linie III-III gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Lichtleiters,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Lichtleiters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine Vorderansicht des Lichtleiters gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Lichtleiters nach einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 ein schematischer Längsschnitt durch den Lichtleiter gemäß Fig. 7,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Lichtleiters nach einem vierten Ausführungsbeispiel und

Fig. 10 ein schematische Längsschnitt durch den Lichtleiter gemäß Fig. 9.

Die im folgenden beschriebenen Lichtleiter können zum einen als Zuführung des Lichtes zu einem stabförmigen Lichtleiter dienen, wobei der stabförmige Lichtleiter mit einer Mehrzahl in Längsrichtung angeordneter Prismen versehen ist zur Ablen kung des Lichtes in Querrichtung. Dieser stabförmige Lichtleiter kann als Leuchte, insbesondere als hochgesetzte Bremsleuchte, für Kraftfahrzeuge dienen. Zum ande ren können die erfindungsgemäßen Lichtleiter selbst eine stabförmige Verlängerung aufweisen mit entsprechenden weiteren optischen Mitteln zum Auskoppeln des Lich tes.

Ein Lichtleiter 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 besteht im wesentlichen aus einem Lichteinkoppelbereich 2 zugewandten Lichtführungs strängen 3 und einem Lichtsammelelement 4. Das Lichtsammelelement 4 schließt sich unmittelbar an die Lichtführungsstränge 3 in Lichtausbreitungsrichtung an.

Die Lichtführungsstränge 3 weisen jeweils eine kreisförmige Lichteinkoppelfläche 5 auf, denen jeweils eine Lichtquelle 6 zugeordnet sind. Die Lichtquelle 6 ist als Leuchtdiode (LED) mit einer Optik 7 ausgebildet. Die Lichtführungsstränge 3 sind über einen Verbindungsabschnitt 8 miteinander verbunden, so daß der Lichteinkop pelbereich 2 einen ovalen Querschnitt aufweist.

Die Lichtführungsstränge 3 und der Verbindungsabschnitt 8 bilden zum einen einen ersten geraden Abschnitt 9 und einen sich in Lichtausbreitungsrichtung anschlie ßenden zweiten schrägen Abschnitt 10. In den ersten geraden Abschnitt 9 weist der Lichtleiter 1 eine im Querschnitt ovale Form auf mit flächigen Längsseiten 11 und mit abgerundeten kurzen Querseiten 12. In dem zweiten schrägen Abschnitt 10 verrin gert sich der Abstand der Querseiten 12 zueinander, während sich der Abstand der Längsseiten 11 zueinander vergrößert. Diese Abstandsänderung erfolgt kontinuier lich solange, bis eine im Querschnitt kreisrunde Form erreicht ist. Der zweite Ab schnitt 10 weist somit eine gedachte trichterförmige Kontur auf, wobei an gegen überliegenden Seiten eine radiale Kraft angreift zum Eindrücken desselben um ei nen vorgegebenen Weg.

Dadurch, daß der schräge Abschnitt 10 sich kontinuierlich der zylindrischen Form des Lichtsammelelementes 4 annähert, kann eine homogenen Lichtführung erzielt werden. Die zur Längsachse 13 achsparallel angeordneten Lichtquellen 6 koppeln das Licht in die Lichtführungsstränge 3 ein, in denen es mittels Totalreflexion zu dem Lichtsammelelement 4 weitergeleitet wird. Dabei kreuzen sich die von den Lichtquellen 6 emittierten Lichtstrahlen innerhalb des geraden und schrägen Ab schnitts 9 bzw. 10. Das Licht kann dann unter einem vorgegebenen Vorzugswinkel aus dem Lichtsammelelement 4 austreten. Die Optik 7 der Lichtquelle 6 ist so aus gebildet, daß das Licht nach im geraden Abschnitt 9 erfolgter Totalreflexion im we sentlichen parallel zu den schrägen Querseiten 12 des schrägen Abschnitts 10 ver laufen, vorzugsweise unter einem Winkel von 10° zur Längsachse 13. Durch weitere Totalreflexion in dem Lichtsammelelement 4 verläßt das Licht den Lichtleiter 1 vor zugsweise unter einem Vorzugswinkel von 15° zur Längsachse 13.

Der Lichtleiter 1 besteht aus einem hochtransparenten Material, vorzugsweise aus PMMA oder Glas.

Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Lichtleiters 1' gemäß den Fig. 5 und 6 sind dem Lichtleiter 1' vier Lichtquellen 6' zugeordnet. Der Lichtleiter 1' unter scheidet sich von dem Lichtleiter 1 durch die unterschiedliche Ausbildung von Lichtsträngen 3', während das sich an die Lichtstränge 3' anschließende Lichtsam melelement 4 gleich ausgebildet ist.

Die Lichtstränge 3' sind in einem Viereck zueinander angeordnet und mittels eines mittleren Verbindungsabschnitt einstückig miteinander verbunden. Kreisförmige Lichteinkoppelflächen 5' korrespondieren zu den Lichtquellen 6'. Wie im ersten Aus führungsbeispiel ist ein erster gerader Abschnitt 9' und ein zweiter schräger Ab schnitt 10' vorgesehen. In dem geraden Abschnitt 9' weist der Lichtleiter 1' einen un veränderten kreuzförmigen Querschnitt auf mit randseitigen Abrundungen 15. In dem schrägen Abschnitt 10' verringert sich der Abstand der Abrundungen 15 zu der Längsachse des Lichtleiters 1', während Ecken 16 ihren Abstand zu der Längsachse vergrößern. In gleicher Weise zum ersten Ausführungsbeispiel erfolgt hierdurch eine kontinuierliche geometrische Annäherung des ersten geraden Abschnitts 9' an das Lichtsammelelement 4.

Die Ausführungsform des Lichtleiters 1' ermöglicht eine weitere Erhöhung des Lichtstromes bzw. eine verbesserte Lichtstärkeverteilung.

Nach einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 besteht ein Lichtleiter 17 aus drei in einem Winkel von 120° versetzt zu einer Längsachse 18 angeordne ten Lichtsträngen 19 und einem sich an die Lichtstränge 19 anschließenden zylin derförmigen Lichtsammelelement 20. Die Lichtstränge 19 sind jeweils gleichförmig ausgebildet und weisen eine paraboloide Form auf. In einem Lichteinkoppelbereich 21 des Lichtleiters 17 weisen die Lichtstränge 19 jeweils eine konkave, beispielswei se sphärische jeweils auf eine Lichtquelle 22 abgestimmte Form auf. Der Licht schwerpunkt der Lichtquelle 22 fällt mit einem Brennpunkt 23 des als Parabel aus gebildeten Lichtstranges 19 zusammen. Die Lichtstränge 19 sind derart nebeneinan der angeordnet, daß die Lichtquellen 22 in einer gemeinsamen Ebene 24, vorzugs weise auf einer gemeinsamen Leiterplatte, angeordnet sein können.

Die Lichtstränge 19 weisen jeweils paraboloidförmige Wandungen 25 auf, die sich um einen Brennpunkt um einen vorgegebenen Winkel a versetzt nach innen bezüg lich einer gedachten Parabel P, die eine parallelisierende Wirkung auf die Licht strahlen ausüben würde, zu dem Lichtsammelelement 20 erstreckt. Die Wandung 25 ergibt sich dabei durch Rotation der um den Winkel a gekippten Parabel um die Achse 26. Die Geometrie der Wandung 25 schmiegt sich nach und nach der Form des zylinderförmigen Lichtsammelelementes 20 an.

Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, bewirkt die Geometrie der Wandung 25, daß die Lichtstrahlen zuerst unter einem zu dem vorgegebenen Winkel korrespondierenden Reflexionswinkel in dem Lichtführungsstrang 19 totalreflektiert werden und dann un ter demselben Winkel in dem sich anschließenden Lichtsammelelement 20 totalre flektiert werden.

Vorteilhaft ist gegenüberliegend zu einem Lichtstrang 19 ein vorspringender Arm 27 des Lichtsammelelementes 20 angeordnet, so daß bereits in einem dem Lichtein koppelbereich 21 nahen Bereich eine gezielte Totalreflexion mit eine definierten Re flexionswinkel bzw. Vorzugswinkel a erfolgen kann.

Der Winkel, um den die Wandung 25 von einer gedachten Parabelwandung ab weicht, kann in einem Bereich zwischen 10° und 25° liegen, vorzugsweise 15° betra gen.

Nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 9 und 10 kann ein Lichtleiter 28 aus einem zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel gleich ausgebil deten Lichtsammelelement 29 und aus drei in einer Reihe angeordneten und dem Lichtsammelelement 29 vorgelagerten inneren Lichtstrang 30 und äußeren Lichts trängen 31 ausgebildet sein. Der innere Lichtstrang 30 erstreckt sich koaxial zu dem Lichtsammelelement 29 und weist - wie im vorherigen Ausführungsbeispiel - eine um einen Winkel a nach innen gekippte Form einer Wandung 32 auf. Hierdurch wird ei ne Weiterleitung des Lichtes innerhalb des Lichtsammelelementes 29 mittels Total reflexion unter einem Reflexionswinkel a ermöglicht.

Die äußeren Lichtstränge 31 weisen eine paraboloide Form auf mit Wandungen 33, die bewirken, daß nach Totalreflexion der Lichtstrahlen diese im wesentlichen paral lel zu dem Lichtstrang 31 weitergeleitet werden. Da die äußeren Lichtstränge 31 sich in einem Winkel a zu der Längsachse des Lichtsammelelementes 29 erstrec ken, werden die in den äußeren Lichtsträngen 31 parallelisierten Lichtstrahlen unter dem Winkel a in dem Lichtsammelelement 29 totalreflektiert.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Lichtleiter ermöglichen überdies die Einkopplung von Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe. Zu diesem Zweck kön nen mehrere die Lichtquellen jeweils einer Farbe bzw. Lichtfunktion zugeordnet sein, so daß bei Einkopplung des Lichtes in einen mit einer Reihe von Prismen an geordneten stabförmigen Lichtleiter unterschiedliche Lichtfunktionen, beispielsweise Brems- und Blinklicht, ermöglicht wird. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Licht leiter dazu genutzt werden, beispielsweise für eine hochgesetzte Bremsleuchte, durch Ansteuerung einer unterschiedlichen Anzahl von Lichtquellen und/oder unter schiedlicher Farbgebung der Lichtquellen eine unterschiedliche Intensität bzw. un terschiedliche Farbgebung der Lichtfunktion zu ermöglichen.

Claims

1. Lichtleiter, insbesondere für eine Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei an einem ersten Ende angeordneten Lichtführungssträngen, de nen jeweils eine Lichtquelle zugeordnet sind und die jeweils das von einer Licht quelle emittierte Licht in ein sich anschließendes gemeinsames Lichtsammelele ment leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (6, 6', 22) einer einzi gen Lichtfunktion zugeordnet sind und daß die Lichtführungsstränge (3, 3', 19, 30, 31) und das Lichtsammelelement (4, 20, 29) starr ausgebildet sind.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtführungs stränge (3, 3', 19, 30, 31) jeweils eine Lichteinkoppelfläche (5, 5') aufweisen und daß die Lichteinkoppelflächen (5, 5') eine gemeinsame Lichteintrittsebene bilden.

3. Lichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfüh rungsstränge (3, 3', 19, 30, 31) auf einer der Lichteinkoppelfläche (5, 5') abge wandten Seite einstückig mit dem Lichtsammelelement (4, 20, 29) verbunden sind und daß das Lichtsammelelement (4, 20, 29) stabförmig ausgebildet ist.

4. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtführungsstränge (3, 3') jeweils in einem sich von der Lichteinkoppelfläche (5, 5') her erstreckenden, zur Längsachse (13) des Lichtsammelelementes (4) achsparallelen ersten geraden Abschnitt (9, 9') und in einem sich an den geraden Abschnitt (9, 9') anschließenden schrägen Abschnitt (10, 10') verlaufen, wobei der schräge Abschnitt (10, 10') kontinuierlich in das Lichtsammelelement (4) übergeht.

5. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lichtführungsstränge (3, 3') paarweise und unter Bildung eines gemeinsamen Verbindungsabschnitts (8, 14) zu dem Lichtsammelelement (4) erstrecken.

6. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtführungsstrang (19, 30, 31) zumindest in einem dem Lichteinkoppelbereich (21) nahen Bereich eine paraboloide Form aufweist und derart zu einer optischen Achse (26) der Lichtquelle (22) orientiert ist, daß die eingekoppelten Lichtstrah len unter einem vorgegebenen Winkel (a) in das Lichtsammelelement (20, 29) eintreten.

7. Lichtleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens ein Lichtführungsstrang (19) in einem spitzen Winkel (a) zur Längsachse (18) des Lichtsammelelementes (20, 29) erstreckt.

8. Lichtleiter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfüh rungsstrang (19, 30, 31) rotationssymmetrisch ausgebildet ist und sich von einem in dem Lichteinkoppelbereich (21) angeordneten Brennpunkt unter Bildung einer um den vorgegebenen Winkel (a) gegenüber einer parallelisierenden Parabel (P) in Richtung einer optischen Achse (26) gekippten Wandung (25, 32) zu dem Lichtsammelelement (20, 29) erstreckt.

9. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtführungsstränge (3, 3', 19) im wesentlichen achsparallel zu dem Lichtsam melelement (4, 20) ausgerichtet sind und in Umfangsrichtung des Lichtsammele lementes (4, 20) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

10. Lichtleiter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im wesentlichen stabförmig ausgebildete Lichfführungsstränge (31) vor gesehen sind, die nur in dem Lichteinkoppelbereich (21) parabelförmig ausgebil det sind.

11. Lichtleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum einen ein mitt lerer Lichtführungsstrang (30) koaxial und unter Bildung einer bezogen auf einer parallelisierenden Parabel (P) um den vorgegebenen Winkel (a) gekrümmteren Wandung (32) zu dem Lichtsammelelement (29) und zum anderen mindestens ein äußerer Lichtführungsstrang (31) um den vorgegebenen Winkel (a) verdreht zu der Längsachse des Lichtsammelelementes (29) ausgerichtet sind.