DE602005004088T2

DE602005004088T2 - Signal- oder Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtleiter

Info

Publication number: DE602005004088T2
Application number: DE602005004088T
Authority: DE
Inventors: Antoine De Lamberterie
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: ATE382824T1; US20060050282A1; DE602005004088C5; EP1632709B1; FR2874993B1; JP2006080069A; EP1632709A1; US7278747B2; PL1632709T3; ES2299978T3; FR2874993A1; DE602005004088D1; SI1632709T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungs- und/oder Signalgebungseinrichtung des Typs mit wenigstens einer Lichtquelle, die einen Lichtleiter beleuchtet, von dem ein Teil der Oberfläche Unebenheiten aufweist, die einen Teil des sich in dem Lichtleiter ausbreitenden Lichts nach außen zu streuen vermögen, und mit wenigstens einer von der Lichtquelle entfernten Stirnseite des Lichtleiters, die ein Mittel zur Reflexion des Lichts in den Lichtleiter aufweist.
Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine derartige Beleuchtungs- und/oder Signalgebungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Einrichtungen dieser Art sind bekannt, zum Beispiel aus der EP-0 515 921 . Das Ende des Lichtleiters, das der Lichtquelle entgegengesetzt ist, wird allgemein durch Aluminierung reflektierend, um das Licht innen in den Lichtleiter zurückzustrahlen. Ohne dieses Reflexionsmittel würde das Licht austreten und ginge verloren. Der Vorgang, um das Ende insbesondere durch Aluminierung reflektierend zu machen, ist jedoch teuer und erfordert hohe Aufwendungen. Zudem gestaltet sich eine Aluminierung des Endes des Lichtleiters, ohne hierbei die Seiten des Lichtleiters selbst zu erfassen, schwierig. Die Reflexion an einer aluminierten Seite erfolgt schließlich mit einem zusätzlichen Lichtmengenverlust von etwa 10%. In dem Dokument DE 198 57 561 ist ein Lichtleiter beschrieben, dessen Ende abgeschrägt ist.
Die Homogenität des Erscheinungsbildes des Lichtleiters ließe sich verbessern, indem wenigstens eine Lichtquelle an jedem Ende des Lichtleiters vorgesehen würde, eine derartige Lösung ist jedoch wesentlich teurer, und ein Stromkreis muss entlang des Lichtleiters verlaufen. Dies ist noch störender, wenn es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode handelt, die von einer elektronischen Schaltung gesteuert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine Beleuchtungs- und/oder Signalgebungseinrichtung der vorstehend definierten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, obgleich nur an einem Ende beleuchtet, ein gleichmäßiges Erscheinungsbild mit einer verbesserten Lichtleistung zu erzielen, die Fertigungskosten dabei jedoch relativ günstig zu halten.
Erfindungsgemäß umfasst die Beleuchtungs- und/oder Signalgebungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug:

– wenigstens eine Lichtquelle, die einen Lichtleiter beleuchtet, von dem ein Teil der Oberfläche lokal lichtstreuende und/oder reflektierende Bereiche aufweist, die einen Teil des Lichts, das sich in dem Lichtleiter ausbreitet, nach außen zu streuen/reflektieren vermögen,
– wenigstens eine von der Lichtquelle entfernten Stirnseite des Lichtleiters, die ein Mittel zur Reflexion des Lichts in den Lichtleiter aufweist, wobei das Reflexionsmittel umfasst:
– wenigstens eine nach außen vorstehende Kubusecke, die drei Facetten in Form eines Trieders mit drei rechten Winkeln aufweist, wobei die Kubusecke in dem Werkstoff des Lichtleiters derart vorgesehen ist, dass drei aufeinanderfolgende Reflexionen von Strahlen bewirkt werden, die auf eine der Facetten unter Totalreflexionsbedingungen auftreffen, um sie in einer im Wesentlichen zu der Einfallrichtung der Strahlen parallelen Richtung in den Lichtleiter zurückzustrahlen, oder
– wenigstens eine solche Kubusecke und wenigstens eine nach außen vorstehende und abgeschrägte Ecke mit zwei Facetten, wobei die Ecke dazu vorgesehen ist, die einfallenden Strahlen in den Lichtleiter zurückzustrahlen.

Das an dem Ende des Lichtleiters ankommende Licht wird in diesen unter optimalen Bedingungen zu seiner Ausnutzung in umgekehrter Richtung und zur Verbesserung von Homogenität und Lichtleistung zurückgestrahlt.
Vorzugsweise weist das Reflexionsmittel mehrere abgeschrägte Ecken oder mehrere nach außen vorstehende Kubusecken auf. Vorteilhafterweise ist die vom Scheitel der Kubusecke ausgehende Diagonale zur mittleren Richtung des Lichtleiters parallel.
Vorzugsweise sind die Profile der abgeschrägten Ecken oder der Kubusecken mit dem Lichtleiter in einem Stück geformt.
Der Lichtleiter kann eine längliche, zylindrische oder prismatische Form haben. Bei dieser Ausbildung sind die Kubusecken oder die abgeschrägten Ecken vorzugsweise an einem einzigen Längsende vorgesehen, wobei die Lichtquelle(n) an einem anderen Ende vorgesehen ist (sind).
Die abgeschrägte(n) Ecke(n) oder die Kubusecken bedecken vorteilhafterweise die gesamte der Lichtquelle entgegengesetzte Stirnseite des Lichtleiters.
Der Lichtleiter kann auch die Form eines Bands haben, von dem wenigstens eine große Seite mit Mustern versehen ist, um das Licht nach außen zu streuen/reflektieren. Insbesondere bei dieser Ausbildung ist (sind) die Lichtquelle(n) an einem der Ränder des Bands angeordnet, und die Kubusecken oder die abgeschrägten Ecken sind wenigstens an dem entgegengesetzten Rand des Bands vorgesehen. Die abgeschrägten Ecken bzw. die Kubusecken können an allen Rändern des Bands mit Ausnahme des beleuchteten Rands vorgesehen sein.
Die Kubusecken mit drei Facetten oder die abgeschrägten Ecken mit zwei Facetten haben eine Kantenlänge von vorzugsweise maximal ca. 10 mm, und vorteilhafterweise von wenigstens 1 mm. Zum Beispiel liegt diese bei 1 bis 3 mm, insbesondere 2 mm. Die Wahl ihrer Länge hängt insbesondere von der Größe des verwendeten Lichtleiters, insbesondere vom Querschnitt des geraden Lichtleiters oder von der Dicke des bahn- oder plattenförmigen Lichtleiters ab. Die Wahl hängt auch von der Anzahl der Kubusecken bzw. abgeschrägten Ecken, die an dem Rand des Lichtleiters platziert werden sollen, und ihrer industriellen Ausführbarkeit ab.
Neben den vorstehend genannten Einrichtungen besteht die Erfindung in einer gewissen Anzahl weitere Einrichtungen, auf die im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher eingegangen wird, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, jedoch in keiner Weise einschränkend sind. Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Signalgebungseinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiter;
2 eine Darstellung des der Lichtquelle entgegengesetzt gelegenen Endes des Lichtleiters in größerem Maßstab gemäß dem Pfeil II aus 1;
3 eine schematische Perspektivansicht der Dreifachreflexion eines Lichtstrahls an den drei Facetten einer Kubusecke, und
4 eine schematische Perspektivansicht eines von einem Band gebildeten Lichtleiters.
Unter Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist eine Beleuchtungs- und/oder Signalgebungseinrichtung E, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu erkennen, mit we nigstens einer Lichtquelle S, die einen Lichtleiter G beleuchtet, von dem ein Teil der Oberfläche lichtstreuende Muster bzw. Unebenheiten A aufweist, die einen Teil des Lichts, das sich in dem Lichtleiter ausbreitet, nach außen zu streuen vermögen.
Gemäß 1 ist der Lichtleiter G durch einen Stab 1 mit rundem Querschnitt gebildet. Der Stab kann die Form eines Kurvenabschnitts oder eines Geradenabschnitts haben oder durch die Aneinanderreihung einzelner gebogener und/oder gerader Abschnitte gebildet sein. Hier ist er zur Veranschaulichung im Wesentlichen kreisbogenförmig gebogen. Die Lichtquelle S ist zum Beispiel von einer Leuchtdiode bzw. LED 2 gebildet, die an einer flachen Stirnseite 3 des Stabs 1 anliegt. Die Unebenheiten A sind zum Beispiel von Rippen gebildet, die im mittleren Bereich des konkaven Teils des gebogenen Stabs 1 vorgesehen sind.
Die Lichtstrahlen breiten sich innen im Lichtleiter G aus und unterliegen an der Grenzfläche zur Luft Totalreflexionen. Einige der Lichtstrahlen treffen auf die Muster A und werden nach außen zurückgestrahlt, wie durch den Lichtstrahl j veranschaulicht.
Das der Lichtquelle 2 entgegengesetzt gelegene Ende des Stabs 1 weist ein Reflexionsmittel M auf und ist aus wenigstens einem, und vorzugsweise mehreren nach außen vorsehenden Kubusecken 4a, 4b...4n gebildet.
Die Kubusecke(n) bedecken die gesamte Stirnseite des Stabs 1.
Jede Kubusecke weist drei Facetten in Form eines Trieders mit drei rechten Winkeln auf. Der Scheitel 5a, 5b...5n der Kubusecke steht nach außen vor. In 2 sind drei Facetten 6a, 7a, 8a einer Kubusecke zu erkennen. Angenommen, das in 2 dargestellte Muster wird von rechts nach links in einer im Wesentlichen um 45° geneigten Richtung beleuchtet, befinden sich die Seiten, wie etwa 8a, im Schatten, was durch gestrichelte Schraffurlinien symbolisch dargestellt ist.
Die von einem Scheitel, wie etwa 5a, der Kubusecke ausgehende Diagonale ist vorzugsweise zur mittleren Richtung des Teils des Lichtleiters parallel, der den Kubusecken benachbart ist.
Der Lichtleiter ist aus Glas oder lichtdurchlässigem Kunststoff ausgeführt. Die Kubusecken 4a...4n sind vorteilhafterweise mit dem Lichtleiter G in einem Stück geformt.
In 3 ist schematisch der Effekt dargestellt, der durch eine Kubusecke erzielt wird. 3 zeigt den konkaven Teil des Trieders, der von der Kubusecke 4a gebildet ist, ohne jedoch hierbei den Stab 1 darzustellen. Der Scheitel 5a liegt hinter der Figurenebene: Der einfallende Lichtstrahl i befindet sich im Werkstoff des Stabs 1 und trifft auf die Facette 7a, ohne den Werkstoff des Stabs 1 zu verlassen. Der Einfallswinkel ist derart, dass der Lichtstrahl i an der Facette 7a einer ersten Totalreflexion unterliegt und, immer noch im Werkstoff des Stabs 1, gemäß dem Strahl i1 auf die Facette 6a zurückgestrahlt wird. Der Strahl i1 unterliegt an der Seite 6a einer Totalreflexion und wird, immer noch im Werkstoff des Stabs 1, gemäß dem Strahl i2 zur Facette 8a zurückgestrahlt. Der Strahl i2 wird durch die Facette 8a gemäß dem Stahl i3 parallel zur Richtung von i innerhalb des Stabs 1 reflektiert.
Der einfallende Strahl i unterliegt demnach drei aufeinanderfolgenden Reflexionen an den Facetten der Kubusecke und wird in den Lichtleiter 1 in einer Richtung zurückgestrahlt, die zur Einfallsrichtung i parallel ist, und zwar ungeachtet ihrer Ausrichtung, wenn die Gegebenheiten der Totalreflexion vorhanden sind. Dies ist der Fall bei Strahlen, die bezüglich der mittleren Richtung des Lichtleiters 1 auf Höhe des mit dem Reflexionsmittel M versehenen Endes gering geneigt sind. Strahlen mit geringer Neigung werden am häufigsten zur Durchführung der Lichtverteilung verwendet und sind am interessantesten.
Die Einheit aus den drei Facetten 6a, 7a, 8a, die bezüglich einander drei orthogonale Ebenen bilden, erlaubt es, das Licht in umgekehrter Richtung am besten zu nutzen, um die Homogenität und die Lichtleistungen der Signalgebungs- oder Beleuchtungseinrichtung zu verbessern.
Die Länge der Kanten der Kubusecke beträgt zum Beispiel kleiner oder gleich 10 mm, insbesondere 1 bis 2 mm.
Der Durchmesser des den Lichtleiter bildenden Stabs 1 kann in der Größenordnung von 1 cm liegen. Die Länge des Lichtleiters G kann sich auf mehrere Dutzend Zentimeter belaufen.
Eine derartige Einrichtung kann insbesondere als Begrenzungslicht für ein Kraftfahrzeug, als Innenbeleuchtung zum Beispiel für Armlehnen, Deckenleuchten, Kofferräume, Handschuhfächer, Armaturenbretter, zur Beleuchtung der Türunterseiten, für jegliche Umfeldbeleuchtung, zur Betonung der Fahrzeugformen oder für jede andere Anwendung, insbesondere für Fahrtrichtungsanzeiger, dienen.
Die Profile der abgeschrägten Ecken oder der Kubusecken werden, wie bereits erwähnt, durch einstückige Ausbildung mit dem Lichtleiter erzielt. Die einzigen Mehrkosten bei dem durch den Lichtleiter gebildeten Formstück sind durch den Werkzeugsatz des Formwerkzeugs und den zur Entnahme des Formteils erforderlichen Schieber bedingt. Diese Mehrkosten sind jedoch verglichen mit den Kosten für die Aluminierung des Endstücks vernachlässigbar.
Die von den Kubusecken reflektierten Strahlen profitieren von den Eigenschaften der Totalreflexion, deren Wirksamkeit hinsichtlich der Lichtausbeute bei 100% liegt.
4 zeigt eine Variante, bei der der Lichtleiter G aus einem zum Beispiel im Wesentlichen parallelepipedischen Band 9 aus lichtdurchlässigem Material gebildet ist. Die lichtstreuenden Muster A sind auf einer der großen Seiten des Bands oder der Platte in Form von Rippen vorgesehen. Die Lichtquelle(n) S ist (sind) an einem Rand 10 des Bands 9 angeordnet.
Die Kubusecken sind wenigstens an dem der Lichtquelle S entgegengesetzt gelegenen Rand 11 vorgesehen. Wie dargestellt, sind optional Kubusecken 4a, 4b... an den anderen Rändern 12, 13 des Bands vorgesehen. Zum Ausführen der gewünschten Funktion genügt es jedoch, dass Kubusecken an dem Rand 11 vorhanden sind.
Wird die Lichtquelle S eingeschaltet, erscheint das Band 9 auf der großen Seite, die der mit den Mustern A versehenen entgegengesetzt ist, gleichmäßig beleuchtet.
Die zuvor dargelegten Vorteile bleiben auch dann erhalten, wenn der Lichtleiter G aus einem solchen Band gebildet ist.
Genannt wurden lichtstreuende Muster A: Alternativ oder zusätzlich können auch, insbesondere wenn es sich um einen band- oder plattenförmigen Lichtleiter handelt, Muster vorgesehen werden, die eher reflektierend als lichtstreuend sind. Ein und dieselbe Platte kann sowohl mit lichtstreuenden als auch mit reflektierenden Mustern versehen sein.
Alternativ zu den in den Figuren dargestellten Kubusecken können auch abgeschrägte Ecken verwendet werden, insbesondere bei gebogenen oder geraden Lichtleitern. Man verfügt dann über zwei Facetten, die eine Ecke mit im Wesentlichen rechtem Winkel wie ein Dach oder eine Folge von Dächern bilden, wenn mehrere dieser abge schrägten Ecken aneinandergereiht sind. In diesem Fall werden die von dem Lichtleiter abgegebenen, auf die abgeschrägte Ecke treffenden Strahlen in den Lichtleiter zurückgestrahlt, jedoch nicht unbedingt in einer zur Einfallsrichtung parallelen Richtung. Die Strahlen verlaufen in einem Winkel zur Achse des Lichtleiters, der bezüglich des Winkels zwischen dem einfallenden Strahl und der optischen Achse symmetrisch ist. Der absolute Wert des Winkels bezüglich der optischen Achse des Lichtleiters bleibt somit allgemein unverändert. Eine Stirnseite mit einer abgeschrägten Ecke ist in dem Dokument DE 198 57 561 beschrieben.

Claims

Beleuchtungs- und/oder Signalgebungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit – wenigstens einer Lichtquelle (S), die einen Lichtleiter (G) beleuchtet, von dem ein Teil der Oberfläche lokal lichtstreuende und/oder reflektierende Bereiche aufweist, die einen Teil des Lichts, das sich in dem Lichtleiter ausbreitet, nach außen zu streuen/reflektieren vermögen, – wenigstens einer von der Lichtquelle entfernten Stirnseite des Lichtleiters, die ein Mittel (M) zur Reflexion des Lichts in den Lichtleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsmittel (M) umfasst – wenigstens eine nach außen vorstehende Kubusecke (4a), die drei Facetten (6a, 7a, 8a) in Form eines Trieders mit drei rechten Winkeln aufweist, wobei die Kubusecke in dem Werkstoff des Lichtleiters derart vorgesehen ist, dass drei aufeinanderfolgende Reflexionen (i1, i2, i3) von Strahlen (i) bewirkt werden, die auf eine der Facetten unter Totalreflexionsbedingungen auftreffen, um sie in einer im Wesentlichen zu der Einfallrichtung der Strahlen parallelen Richtung in den Lichtleiter zurückzustrahlen, oder – wenigstens eine solche Kubusecke (4a) und wenigstens eine nach außen vorstehende und abgeschrägte Ecke mit zwei Facetten, wobei die Ecke dazu vorgesehen ist, die einfallenden Strahlen in den Lichtleiter zurückzustrahlen.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsmittel (M) mehrere abgeschrägte Ecken oder mehrere nach außen vorstehende Kubusecken (4a, 4b, ...4n) aufweist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Scheitel (5a, 5b, ...5n) der Kubusecke ausgehende Diagonale zur mittleren Richtung des Lichtleiters parallel ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile der abgeschrägten Ecken oder der Kubusecken (4a, 4b, ...4n) mit dem Lichtleiter (G) in einem Stück geformt sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschrägten Ecken oder die Kubusecken (4a, 4b, ...4n) die gesamte der Lichtquelle entgegengesetzte Stirnseite des Lichtleiters bedecken.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (G) eine längliche Form (1) hat, insbesondere eine zylindrische oder prismatische Form.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kubusecken (4a, 4b, ...4n) oder die abgeschrägte(n) Ecke(n) an einem einzigen Längsende vorgesehen ist (sind), wobei die Lichtquelle(n) an einem anderen Ende vorgesehen ist (sind).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (G) die Form eines Bands (9) hat, von dem wenigstens eine große Seite mit Mustern versehen ist, um das Licht nach außen zu streuen oder zu reflektieren.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle(n) an einem (10) der Ränder des Bands angeordnet ist (sind), und dass die Kubusecken (4a, 4b, ...) oder die abgeschrägten Ecken wenigstens an dem entgegengesetzten Rand (11) des Bands vorgesehen sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Kubusecken oder der abgeschrägten Ecken (4a, 4b, ...4n) eine Länge von maximal ca. 10 mm haben.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Fahrzeugleuchte oder eine Fahrzeuginnenbeleuchtung handelt.