DE69803301T2

DE69803301T2 - Gleichmässige lichtextraktion aus lichtleiter unabhängig von der lichtleiterlänge

Info

Publication number: DE69803301T2
Application number: DE69803301T
Authority: DE
Inventors: A. Whitehead
Original assignee: University of British Columbia
Current assignee: University of British Columbia
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: EP1009948A1; EP1009948B1; AU6491498A; DE69803301D1; JP2004158460A; US5901266A; WO1999011971A1; CN1102243C; CA2297813C; CA2297813A1; CN1269876A; JP3557397B2; JP2001515221A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrahieren von Licht aus einer Lichtleitung, so dass das Licht mit einer gewünschten Gleichmäßigkeit über die Lichtemissionsfläche der Lichtleitung extrahiert wird und dass Lichtleitungen verschiedener Längen mit dem gleichen Lichtextraktionsmechanismus den gleichen Gleichmäßigkeitsgrad aufweisen.

Hintergrund

Bis jetzt musste ein mühsames Trial-and-error-Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitung angewandt werden, damit die Lichtemissionsfläche der Lichtleitung gleichmäßig beleuchtet wurde. Typischerweise wird z. B. eine Lichtleitung mit gewünschten Abmessungen hergestellt und betrieben, und zwar zum Bestimmen der Gleichmäßigkeit, mit der an verschiedenen Punkten auf der Emissionsfläche Licht emittiert wird. Der Lichtextraktionsmechanismus der Lichtleitung, der verschiedene Formen aufweisen kann, wie z. B. im US-Patent Nr. 4,787,708 Whitehead "Apparatus For Continuously Controlled Emission of Light From Prism Light Guide" beschrieben, wird dann in einer Weise verändert, bei der eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Beleuchtung durch die Lichtleitung erwartet wird. Die vorgenannten Schritte werden wiederholt, bis ein akzeptabler Gleichmäßigkeitsgrad erreicht ist.
Beim vorgenannten Stand der Technik ist ein Lichtextraktionsmechanismus vorgesehen, der nur in Lichtleitungen wiederverwendbar ist, die die gleichen Abmessungen aufweisen wie die Lichtleitung, für die der Extraktionsmechanismus entwickelt worden ist. Wenn der gleiche Extraktionsmechanismus in einer neuen Lichtleitung mit im wesentlichen anderen Abmessungen verwendet wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass die neue Lichtleitung kein Licht emittiert, das den gleichen Gleichmäßigkeitsgrad aufweist wie die Lichtleitung, für die der Extraktionsmechanismus entwickelt worden ist.
Es ist eine typisch, die Längenabmessung einer Lichtleitung derart zu verändern, dass sie unterschiedlichen Anwendungen gerecht wird, und sehr viel weniger typisch, die anderen Abmessungen der Lichtleitung zu verändern. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Herstellung eines Lichtextraktionsmechanismus für eine "Standard"-Lichtleitung mit vorbestimmter Maximallänge und einer gewünschten gleichmäßigen Lichtabgabe-Charakteristik vereinfacht. Kürzere Lichtleitungen, die jeweils die gleiche gleichmäßige Lichtabgabe- Charakteristik aufweisen wie die Standard-Lichtleitung (jedoch aufgrund des umgekehrten Verhältnisses von Lichtleitungslänge und Helligkeit unterschiedliche Helligkeits-Charakteristiken aufweisen), können durch Entfernen eines Segments, das der gewünschten Länge des kürzeren Lichtleiters gleich ist, von dem geeigneten Ende eines Lichtextraktionsmechanismus, der dem für die Standard-Lichtleitung gleich ist, hergestellt werden. Dies macht eine mühsame Trial-and-error-Entwicklung eines anderen Lichtextraktionsmechanismus für jede kürzere Lichtleitung überflüssig. Mit der Erfindung wird ferner die Herstellung einer modularen Lichtleitung mit einer Länge, die ein Vielfaches einer standardisierten Einheitslänge sein kann, vereinfacht, so dass die Gleichmäßigkeit der Lichtabgabe durch die Lichtleitung unabhängig von der Länge des Lichtleiters konstant bleibt.

Zusammenfassender Überblick über die Erfindung

Mit der Erfindung wird die Herstellung eines Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen mit einer vorbestimmten Lichtemissions-Charakteristik und einer Maximallänge vereinfacht. Ein Segment kürzerer Länge, das von einem vorbestimmten Ende des Extraktionsmechanismus mit Maximallänge entfernt und in eine Lichtleitung mit dieser kürzeren Länge eingebaut worden ist, sorgt dafür, dass die Lichtleitung mit kürzerer Länge eine im wesentlichen gleichmäßige Oberflächenhelligkeit erzeugt.
Mit der Erfindung wird ferner die Herstellung einer Lichtleitung, die aus mehreren aneinandergrenzenden Lichtleitungsmodulen gebildet ist, vereinfacht. Jedes Modul weist einen Lichtextraktionsmechanismus mit einer bestimmten Lichtemissions-Charakteristik auf, so dass die Lichtemissions-Oberfläche des Moduls eine gewünschte gleichmäßige Oberflächenhelligkeit besitzt. Die Lichtemissions-Oberflächen einer beliebigen Anzahl von Modulen, die von einem Ende der Lichtleitung ausgewählt worden sind, erzeugen zusammen die gleiche Gleichmäßigkeit der Oberflächenhelligkeit.
Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitung mit einer beliebigen gewünschten Länge, die kleiner ist als die vorbestimmte Maximallänge, bereitgestellt. Anfangs ist ein Lichtextraktionsmechanismus mit der vorbestimmten Maximallänge vorgesehen, so dass die Lichtemissions- Charakteristik des Extraktionsmechanismus in Abhängigkeit von der Länge eine gleichmäßige Oberflächenhelligkeit erzeugt, wenn dieser Mechanismus in eine Lichtleitung mit der gleichen Maximallänge eingebaut ist. Eine Lichtleitung mit einer beliebigen gewünschten Länge, die kleiner ist als die Maximallänge, kann dann durch Entfernen eines Segments mit einer Länge gleich der gewünschten Lichtleitungslänge von einem vorbestimmten Ende eines Duplikats des Extraktionsmechanismus mit Maximallänge und Einbauen dieses Segments in die Lichtleitung hergestellt werden.
Bei einem weiteren Verfahren wird eine maximale Lichtleitungslänge ausgewählt und in Teillängen unterteilt. Es werden mehrere Lichtleitungssegmente mit Lichtemissions-Oberflächen gebildet. Jedes Segment hat eine Länge, die einer der vorgenannten Teillängen gleich ist. Ein Lichtextraktionsmechanismus ist für jedes Lichtleitungssegment vorgesehen. Jeder Extraktionsmechanismus ist so ausgelegt, dass er eine Lichtemissions-Charakteristik aufweist, die in Abhängigkeit von der Länge des entsprechenden Lichtleitungssegments variiert. Entsprechend kann die Helligkeit des emittierten Lichts über eine beliebige Anzahl von Lichtleitungssegmenten, die zur Bildung eines Endes der Lichtleitung aneinandergrenzend angeordnet sind, konstant gehalten werden.
Bei einem weiteren Verfahren wird eine maximale Lichtleitungslänge ausgewählt. Ein Lichtextraktionsmechanismus ist dann für eine Lichtleitung mit dieser Maximallänge ausgelegt. Die Lichtemissions-Charakteristik des Extraktionsmechanismus variiert in Abhängigkeit von der Länge, so dass durch die Lichtemissions-Oberfläche der Lichtleitung emittiertes Licht eine gleichmäßige Oberflächenhelligkeit an sämtlichen Punkten auf der Lichtemissions-Oberfläche erzeugt. Der Extraktionsmechanismus wird dann in mehrere Teillängen unterteilt, die von einem Ende des Extraktionsmechanismus zum gegenüberliegenden Ende (d. h. von demjenigen Ende, das am weitesten von der Lichteingangsquelle der Lichtleitung entfernt ist, bis zum demjenigen Ende, das der Lichtquelle am nächsten ist) geordnet sind. Ein Lichtleitungssegment ist für jede Extraktionsmechanismus-Teillänge gebildet und mit dieser gekoppelt. Eine ausgewählte Anzahl der Lichtleitungssegmente wird dann aneinandergrenzend angeordnet und bildet eine Lichtleitung mit einer gewünschten Länge, wobei die Ordnung der Extraktionsmechanismus-Teillängen beibehalten wird und die Extraktionsmechanismus-Teillänge, die dasjenige Ende des Extraktionsmechanismus bildet, das am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist, enthalten ist.

Figurenkurzbeschreibung

Fig. 1A, 1B und 1C sind vereinfachte schematische Darstellungen idealisierter modularer Lichtleitungen, die jeweils eine Länge von eins, zwei und drei Einheiten aufweisen.
Fig. 2A ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Lichtleitungsmoduls mit einer Länge x, mit Darstellung der idealisierten gleichmäßigen Extraktion von Licht aus dem Modul mit einem Helligkeitspegel B(0). Fig. 2B zeigt das Lichtleitungsmodul aus Fig. 2A mit einer inkrementalen Vergrößerung der Länge dx, von dem Licht mit einem Helligkeitspegel B(x) extrahiert wird.
Fig. 3A, 3B und 3C sind jeweils eine grafische Darstellung der Emissions- Charakteristik E(x) verschiedener Lichtextraktionsmechanismen für Lichtleitungen in Abhängigkeit von der Länge.
Fig. 4A ist eine grafische Darstellung der Emissions-Charakteristik E(x) eines Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen in Abhängigkeit von der Länge. Fig. 4B ist eine grafische Darstellung die Emissions-Charakteristik E(x) einer segmentierten Version des Lichtextraktionsmechanismus aus Fig. 4A. Fig. 4C ist eine grafische Darstellung der Oberflächenhelligkeit B(x) der Lichtemissions-Oberfläche einer Lichtleitung mit dem Lichtextraktionsmechanismus aus Fig. 4B.
Fig. 5 zeigt eine Lichtleitung, mit der ein Lichtextraktionsmechanismus mit einem mikrostrukturierten Film optisch verbunden ist.

Beschreibung

Fig. 1A zeigt ein idealisiertes Lichtleitungsmodul 10 mit der Einheitslänge X. Eine Lichtquelle 12 emittiert auf herkömmliche Weise kollimiertes Licht in das Modul 10. Das Eingangslicht wird entlang dem Modul 10 verteilt und aufgrund der Konfiguration des Lichtextraktionsmechanismus des Moduls 10 gleichmäßig durch die Lichtemissions-Oberfläche 14 emittiert. Das Modul 10 ist derart definiert, dass es eine "Emissions-Charakteristik" von E = 1,00 aufweist, das heißt, dass das gesamte Eingangslicht über die Länge der Emissions-Oberfläche 14 emittiert wird, damit eine Oberflächenhelligkeit von 8 = 1,00 erreicht wird. Dies ist natürlich eine unrealisierbare Vereinfachung, da es unvermeidlich ist, dass gewisse interne Verluste auftreten. Solche Verluste beeinträchtigen die vorliegende Analyse jedoch nicht wesentlich.
Fig. 1B zeigt eine idealisierte Lichtleitung 16 mit einer Länge von 2x, die zwei Module 18,10 mit Einheitslänge aufweist. Der Lichtextraktionsmechanismus des Moduls 18 ist derart konfiguriert, dass er eine Emissions-Charakteristik von E = 0,50 erbringt, das heißt, dass eine Hälfte des von der Lichtquelle 12 in das Modul 18 eingebrachten Lichts gleichmäßig durch die Lichtemissions- Oberfläche 20 des Moduls 18 emittiert wird, die somit eine Oberflächenhelligkeit von 8 = 0,50 aufweist. Die übrige Hälfte des Lichteingangs in das Modul 18 wird von dem Modul 18 in das Modul 10 übertragen, das mit dem in Fig. 1A gezeigten Modul 10 identisch ist. Wenn der gesamte Lichteingang in die Lichtleitung 16 durch die Emissions-Oberflächen 20,14 emittiert werden soll, muss das Modul 10 eine Hälfte des gesamten von der Lichtquelle 12 in das Modul 18 eingebrachten Lichts emittieren. Da dies genau die von dem Modul 18 in das Modul 10 übertragene Lichtmenge ist, folgt daraus, dass das Modul 10 das gesamte in das Modul 10 eingebrachte Licht emittieren muss. Mit anderen Worten, muss bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1B das Modul 10 eine Emissions-Charakteristik von E = 1,00 aufweisen, genau wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1A.
Fig. 1C zeigt eine idealisierte Lichtleitung 22 mit der Länge 3x, die drei Module 24,18,10 mit Einheitslänge aufweist. Das Objektiv soll wieder einen gleichmäßigen Lichtausgang über die Emissions-Oberflächen 26,20,14 der Module erzielen. Jedes Modul 24,18,10 sollte daher ein Drittel des gesamten von der Lichtquelle 12 in das Modul 24 eingebrachten Lichts emittieren. Der Lichtextraktionsmechanismus des Moduls 24 ist entsprechend derart konfiguriert, dass er eine Emissions-Charakteristik von E = 0,33 erbringt, dass heißt, dass ein Drittel des von der Lichtquelle 12 in das Modul 24 eingebrachten Lichts gleichmäßig durch die Lichtemissions-Oberfläche 26 des Moduls 24 emittiert wird, was zu einer Oberflächenhelligkeit von 8 = 0,33 führt. Die übrigen zwei Drittel des Lichteingangs in das Modul 24 wird von dem Modul 24 in das Modul 18 übertragen, welches mit dem in Fig. 1B gezeigten Modul 18 identisch ist. Wie bereits gesagt, beträgt die Emissions-Charakteristik des Moduls 18 E = 0,50, so dass die Oberflächenhelligkeit 8 der Lichtemissions-Oberfläche 20 des Moduls 18 0,667 · 0,50 = 0,33 beträgt, wie es zur Erreichung des gewünschten gleichmäßigen Lichtausgangs erforderlich ist. Wie bereit gesagt, überträgt das Modul 18 eine Hälfte des eingebrachten Lichts in das Modul 10, das auch hier mit dem in Fig. 1A gezeigten Modul 10 identisch ist. Da das Modul 18 zwei Drittel des ursprünglich in das Modul 24 eingebrachten Lichts empfängt, folgt daraus, dass das Modul 18 ein Drittel des ursprünglich in das Modul 24 eingebrachten Lichts an das Modul 10 überträgt. Wenn das gesamte in die Lichtleitung 22 eingebrachte Licht durch die Emissions-Oberflächen 26, 20,14 emittiert werden soll, muss das Modul 10 ein Drittel des gesamten von der Lichtquelle 12 in das Modul 24 eingebrachten Lichts emittieren. Da dies genau der Betrag ist, den das Modul 18 in das Modul 10 übertragen hat, folgt daraus wieder, dass das Modul 10 das gesamte in das Modul 10 eingebrachte Licht emittieren muss. Somit muss bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1C das Modul 10 eine Emissions-Charakteristik von E = 1,00 aufweisen, genau wie bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1A und 1B.
Die vorgenannten Beispiele können hinsichtlich einer Lichtleitung aus mehreren aneinandergrenzenden Modulen n&sub1;,n&sub2;,n&sub3;...nj verallgemeinert werden, wobei n&sub1; dasjenige Modul ist, das am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist; wobei n&sub2; das Modul ist, das am zweitweitesten von der Lichtquelle entfernt ist; und wobei generell n&sub1; das ite Modul hinsichtlich der Entfernung dieses Moduls von der Lichtquelle ist. Jedes Modul hat eine Emissions-Charakteristik von E = 1/i. So wären z. B. in einer aus einer Folge von 10 Modulen gebildeten Lichtleitung die jeweiligen Lichtemissions-Charakteristiken der Module 1/10, 1/9, 1/8, 1/7, 1/6, 1/5, 1/4; 1/3,1/2, 1, wobei das Modul mit der Emissions-Charakteristik von 1/10 der Lichtquelle am nächsten ist und das Modul mit der Emissions-Charakteristik von 1 am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist.
Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass es nur erforderlich ist, einen Lichtextraktionsmechanismus für jedes Modul einer diskreten Anzahl von Modulen zu konfigurieren (durch Anwendung dem Stand der Technik entsprechender Verfahren), die ausreichen, um die längste erwartete Lichtleitung zu bilden. Eine Anzahl von kürzeren Lichtleitungen, von denen jede eine gleichmäßige Lichtausgangs-Charakteristik aufweist, kann dann einfach durch Entfernen eines oder mehrerer Module von demjenigen Ende der Lichtleitung, das der Lichtquelle am nächsten ist, gebildet werden. Dies ist äußerst vorteilhaft, da dadurch die Anzahl von erforderlichen Modultypen (die Konfiguration des Lichtextraktionsmechanismus jedes Moduls ist einzigartig) minimiert wird, wodurch eine effizientere Serienfertigung vereinfacht wird.
Die vorstehende Beschreibung ist zwar hilfreich bei der Erläuterung des grundlegenden Konzepts der Erfindung, sie ist aus drei Gründen jedoch übermäßig vereinfacht. Erstens muss die Emissions-Charakteristik E der Lichtleitung eine kontinuierliche Funktion der Länge sein, so dass die vorstehende Beschreibung auf eine kontinuierliche Berechnung verallgemeinert werden muss. Zweitens schließen streuemittierende Lichtleiter generell mit einem Endspiegel oder mit symmetrisch einander gegenüberliegender Lichtleitung und Lichtquelle (ein optisches Äquivalent eines Endspiegels) ab, das heißt, dass eine zur Lichtquelle zurückwandernde Lichtkomponente berücksichtigt werden muss. Drittens ist die Emissions-Charakteristik E(x) eines bestimmten Lichtextraktionsmechanismus eine Funktion der Winkelverteilung des Licht in der Lichtleitung. Diese Verteilung ist abhängig von den Eingangslichtbedingungen und ändert sich, wenn Licht die Leitung entlang wandert. Bei einer vorgegebenen Lichtquellen- und Lichtleitungsquerschnittsgeometrie kann allen diesen Faktoren zum großen Teil durch Anwendung eines hochentwickelten Konfigurationsverfahrens, wie nachstehend beschrieben, Rechnung getragen werden.
Das Verfahren beginnt mit der Annahme, dass eine Emissions-Charakteristik E(0) die Rate der Lichtextraktion an demjenigen Ende der Lichtleitung kennzeichnet, die am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist. E(0) kann z. B. durch Variieren der Dichte oder Breite des Lichtextraktionsmechanismus oder durch Variieren eines beliebigen anderen Parameters, der auf einfache Weise in Abhängigkeit von der Länge steuerbar ist, gesteuert werden. Generell ist es wünschenswert, dass E(0) am demjenigen Ende der Lichtleitung, das am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist, so hoch wie möglich ist, vorausgesetzt, dass E(0) leicht steuerbar ist und vorausgesetzt, dass der Lichtextraktionsmechanismus leicht herstellbar ist.
Fig. 2A zeigt eine sehr kurze Länge x einer solchen Lichtleitung 30 mit einer kollimierten Lichtquelle 32, einem Endspiegel 34 und einer Emissions-Charakteristik E(0). Die Lichtleitung 30 ist ausreichend lang, um eine gute Oberflächenhelligkeit 8(0) zu bieten. Da die Lichtleitung 30 sehr kurz ist, wird der größte Teil des Eingangslichts von dem Endspiegel 34 reflektiert und kehrt zu der Lichtquelle 32 zurück. Dies stellt kein Problem dar, da es nicht möglich wäre, eine Lichtleitung mit einer solch kurzen Länge zu verwenden. Fig. 2A unterstützt einfach nur die Konzeption der Konfiguration eines Lichtextraktionsmechanismus. Es ist ferner wichtig, darauf hinzuweisen, dass im Rahmen dieser idealisierten Diskussion angenommen wird, dass die Lichtquelle 32 keinen wesentlichen Teil des zurückkehrenden Lichts zu der Lichtleitung 30 reflektiert.
In Fig. 2B ist die Länge der in Fig. 2A gezeigten Lichtleitung durch Hinzufügen eines kleinen Segments der Länge dx an demjenigen Ende der Lichtleitung, das der Lichtquelle 32 am nächsten ist, vergrößert worden, wodurch eine neue Lichtleitung 30' gebildet wird. Wenn das hinzugefügte Segment die gleiche Emissions-Charakteristik aufweist wie die in Fig. 2A gezeigte Lichtleitung 30, ist das hinzugefügte Segment heller als die übrige Lichtleitung 30'. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Lichtmenge, die das hinzugefügte Segment durchläuft und somit für die Extraktion aus der übrigen Lichtleitung 30' zur Verfügung steht, durch den Prozess des Extrahierens von Licht aus dem hinzugefügten Segment selbst in Abhängigkeit von der Länge reduziert wird. Somit muss zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Beleuchtung über die gesamte Lichtemissions-Oberfläche 36 der Lichtleitung 30' das hinzugefügte Segment eine niedrigere Emissions-Charakteristik E(0) aufweisen als die übrige Lichtleitung 30', wobei x die Distanz von demjenigen Ende der Lichtleitung ist, das am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist.
Durch kontinuierliches Extrapolieren der oben beschriebenen Technik können konsekutiv längere Lichtleitungen konfiguriert werden, die jeweils eine gleichmäßige Lichtemission über die gesamte Lichtemissions-Oberfläche der Lichtleitung aufweisen. Natürlich reduziert sich die Helligkeit des Lichts, das aus der Lichtleitung extrahiert werden kann, in umgekehrtem Verhältnis zu der Länge der Lichtleitung, wie man es bei Energieerhaltung erwarten würde. Ferner gibt es in der Praxis eine niedrigere Begrenzung der Emissions-Charakteristik einer beliebigen Lichtleitung, durch die die Länge, über die eine gleichmäßige Emission realisierbar ist, begrenzt wird. Der Schlüsselpunkt liegt jedoch darin, dass die Konfiguration eines Lichtextraktionsmechanismus für eine Lichtleitung mit einer beliebigen gewünschten Länge mit der Konfiguration eines Teils mit äquivalenter Länge des Lichtextraktionsmechanismus, der von dem Ende der längstmöglichen Lichtleitung entnommen ist, identisch ist. Fig. 3A zeigt z. B. eine grafische Darstellung der von der Länge abhängigen Emissions-Charakteristik E(x) des Lichtextraktionsmechanismus für eine lange Lichtleitung; Fig. 3B zeigt die Emissions-Charakteristik E(x) eines Lichtextraktionsmechanismus für eine etwas kürzere Lichtleitung; und Fig. 3C zeigt die Emissions-Charakteristik E(x) eines Lichtextraktionsmechanismus für eine noch kürzere Lichtleitung. Man kann sehen, dass die Emissions-Charakteristik des in Fig. 3C gezeigten Extraktionsmechanismus mit der Emissions-Charakteristik der in Fig. 3A und 3B gezeigten Teile mit äquivalenter Länge des Extraktionsmechanismus identisch ist; und dass die Emissions-Charakteristik des in Fig. 3B gezeigten Extraktionsmechanismus mit der Emissions-Charakteristik des in Fig. 3A gezeigten Teils äquivalenter Länge des Extraktionsmechanismus identisch ist.
Eine weitere Verwendung eines solchen verallgemeinerten Lichtextraktionsmechanismus ist das einfache und kosteneffektive Erreichen einer gleichmäßigen Lichtextraktion in ausgewählten Regionen einer Lichtleitung und eine sehr geringe Extraktion in den übrigen Regionen der Leitung. Dies kann so realisiert werden, wie es in Fig. 4A, 4B und 4C dargestellt ist. Insbesondere Fig. 4A zeigt eine Emissions-Charakteristik E(x) für einen Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen. Die in Fig. 4A gezeigte Charakteristik weist vier fiktive Segmente 40a, 40b, 40c und 40 auf. Fig. 4B zeigt die Emissions-Charakteristik eines Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen, bei dem die Segmente 40a, 40b, 40c und 40d mit Lichtleitungssegmenten 42a, 42b, 42c und 42d, die kein Licht emittieren, alternieren. Der Extraktionsmechanismus, der die in Fig. 4B gezeigte Charakteristik erzeugt, ist auf einfache Weise herstellbar, und zwar durch Teilen des Extraktionsmechanismus, der die in Fig. 4A gezeigte Charakteristik erzeugt, in vier separate Teile, die den Segmenten 40a, 40b, 40c und 40d entsprechen, Trennen der Teile und Einsetzen der Lichtleitungssegmente, die kein Licht emittieren, zwischen diesen Teilen. Fig. 4C zeigt eine grafische Darstellung der Oberflächenhelligkeit 8(x) der Lichtemissions-Oberfläche einer Lichtleitung mit dem in Fig. 4B gezeigten Lichtextraktionsmechanismus, wobei x wieder die Distanz von demjenigen Ende der Lichtleitung ist, das am weitesten von der Lichtquelle entfernt ist. Wie durch 44a, 44b, 44c und 44d angezeigt, emittiert die Lichtleitung Licht mit gleichmäßiger Helligkeit in den Regionen, die jeweils die den Segmenten 40a, 40b, 40c und 40d entsprechenden Extraktionsmechanismusteile aufweisen; und emittiert kein Licht in den Regionen 46a, 46b, 46c und 46d, die jeweils Lichtleitungssegmente 42a, 42b, 42c und 42d aufweisen, die kein Licht emittieren. Jedes Segment 40a, 40b, 40c und 40d und die Segmente 42a, 42b, 42c und 42d können eine gewünschte beliebige Länge aufweisen.
Gemäß Fig. 5 kann die Erfindung durch Vorsehen eines Lichtextraktionsmechanismus 52 mit vorbestimmter Maximallänge in Form eines mikrostrukturierten Films implementiert sein, der mit einer Lichtleitung 50 mit Maximallänge, die eine Lichtquelle 48 aufweist, optisch verbunden sein kann. Die Charakteristiken der Mikrostruktur variieren in Abhängigkeit von der Länge, so wie es erforderlich ist, damit die Lichtleitung 50 die gewünschte Lichtemissions-Charakteristik und gleichmäßige Oberflächenhelligkeit aufweist. Obwohl die anfängliche Konfiguration und Herstellung des Extraktionsmechanismus 52 mühsam und relativ teuer sein kann, ist es danach relativ einfach und kostengünstig, den Extraktionsmechanismus 52 zu reproduzieren. Dies ist deshalb äußerst wichtig und vorteilhaft, da eine beliebige Lichtleitung, die kürzer ist als die Lichtleitung 50 und die die gleiche gleichmäßige Lichtausgangs-Charakteristik aufweist wie die Lichtleitung 50, auf einfache Weise durch Reproduzieren des Extraktionsmechanismus 52 und Entfernen eines Segments mit einer Länge, die der gewünschten Länge der kürzeren Lichtleitung gleich ist, von demjenigen Ende des Extraktionsmechanismus, das am weitesten von der Lichtquelle 48 (wie in Fig. 5 gezeigt) entfernt ist, herstellbar ist.
Beim Stand der Technik müsste das oben genannte Trial-und-Error-Verfahren zur Herstellung eines anderen Extraktormechanismus jedes Mal dann wiederholt werden, wenn eine Lichtleitung mit einer anderen (kürzeren) Länge herzustellen ist. Mit der Erfindung wird ein solches Wiederholen überflüssig. Es kann ein Vorrat an identischen Extraktionsmechanismen mit vorbestimmter Maximallänge, wie oben gesagt, angelegt werden, und danach können Lichtleitungen einer beliebigen (kürzeren) Länge nach Kundenwunsch hergestellt werden, und zwar durch Entfernen eines Segments mit der erforderlichen Länge von einem der vorrätigen Extraktionsmechanismen. Der übrige Teil dieses vorrätigen Extraktionsmechanismus ist "verschwendet", und zwar in dem Sinne, dass ein solcher übriger Teil nicht von praktischem Nutzen bei der Herstellung einer Lichtleitung ist. Die ist jedoch ein vernachlässigbarer Faktor im Vergleich zu der durch die Erfindung ermöglichten äußerst großen Vereinfachung der Herstellung.
Es ist für Fachleute auf dem Gebiet anhand der vorstehenden Beschreibung offensichtlich, dass zahlreiche Veränderungen und Modifikationen bei der Durchführung der Erfindung möglich sind, ohne dass dadurch vom Geist oder Umfang der Erfindung abgewichen wird. Die Erfindung ist z. B. uneingeschränkt auf Prismen-Lichtleitungen, Optikfaser-Lichtleitungen, planare dielektrische Lichtleitungen oder beliebige andere Lichtleitungen, bei denen ein Extraktionsmechanismus zum Extrahieren von Licht aus der Leitung verwendet wird, anwendbar. Entsprechend muss der Umfang der Erfindung entsprechend dem Inhalt der nachfolgenden Patentansprüche ausgelegt sein.

Claims

1. Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen, mit einer vorbestimmten Maximallänge und einer vorbestimmten Lichtemissions-Charakteristik, gekennzeichnet durch eine Beleuchtung von einem Lichtemissions- Oberflächenbereich einer beliebigen Lichtleitung auf eine im wesentlichen gleichmäßige Oberflächenhelligkeit, wobei die Länge der Lichtleitung die Maximallänge unterschreitet und die Lichtleitung kürzerer Länge ein Extraktionsmechanismussegment enthält, das von einem vorbestimmten Ende des eine maximale Länge aufweisenden Extraktionsmechanismus entfernt worden ist, wobei das vorbestimmte Ende einem Ende der kürzeren Lichtleitung entspricht, das gegenüber einem Lichteingangsende der kürzeren Lichtleitung angeordnet ist, wobei das Segment eine Länge aufweist, die der kürzeren Länge gleich ist und wobei die Lichtemissions-Charakteristik in Abhängigkeit von der Länge des Extraktionsmechanismus variiert.

2. Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen nach Ansprüch 1, bei dem die Lichtemissions-Charakteristik in Abhängigkeit von der Länge des Extraktionsmechanismus kontinuierlich variiert.

3. Lichtextraktionsmechanismus für Lichtleitungen nach Anspruch 1, bei dem der Extraktionsmechanismus ferner einen mikrostrukturierten Film aufweist, wobei die Mikrostruktur mindestens eine Charakteristik besitzt, die in Abhängigkeit von der Länge des Extraktionsmechanismus kontinuierlich variiert.

4. Lichtleitung (22) mit einer Vielzahl von aneinandergrenzenden Lichtleitungsmodulen (24, 18, 10, ...), wobei jedes Modul ferner einen Lichtextraktionsmechanismus mit einer Lichtemissions-Charakteristik und einer Lichtemissionsfläche (26, 20,14, ...) aufweist, wobei die Lichtemissionsflächen einer beliebigen Anzahl von Modulen, die von einem einem Lichteingangsende gegenüberliegenden einen Ende der Lichtleitung ausgewählt sind, gemeinsam eine im wesentlichen gleichmäßige Oberflächenhelligkeit aufweisen, und wobei die jeweiligen Lichtemissions- Charakteristiken der Module in Abhängigkeit von der Länge der jeweiligen Module variieren.

5. Lichtleitung nach Anspruch 4, bei dem jede Lichtemissions-Charakteristik in Abhängigkeit von der Länge der jeweiligen Module kontinuierlich variiert.

6. Lichtleitung nach Anspruch 4, bei dem die Extraktionsmechanismen ferner einen mikrostrukturierten Film aufweisen, wobei die Mikrostruktur mindestens eine Charakteristik besitzt, die in Abhängigkeit von der Länge der jeweiligen Mechanismen kontinuierlich variiert.

7. Lichtleitung nach Anspruch 4, ferner mit einem kein Licht emittierenden Lichtleitungssegment (42a,42b,42c...) zwischen jeweils zwei ausgewählten, aneinandergrenzenden Modulen.

8. Lichtleitung nach Anspruch 7, bei dem jedes kein Licht emittierende Lichtleitungssegment eine ausgewählte Länge aufweist.

9. Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Auswählen einer Maximallänge für die Lichtleitung;

(b) Bereitstellen eines Lichtextraktionsmechanismus mit der Maximallänge, wobei der Extraktionsmechanismus eine Lichtemissions-Charakteristik in Abhängigkeit von der Länge aufweist, wodurch Licht mit gleichmäßiger Helligkeit durch eine Lichtemissionsfläche der Lichtleitung emittiert wird;

(c) Bereitstellen einer Lichtleitung mit einer gewünschten Länge, die kürzer ist als die Maximallänge;

(d) Entfernen eines Segmentes des Lichtextraktionsmechanismus mit einer Länge, die der gewünschten Länge gleich ist, von einem vorbestimmten Ende des Lichtextraktionsmechanismus entsprechend einem einem Lichteingangsende der Lichtleitung gegenüberliegenden Ende; und

(e) Einbauen des entfernten Extraktionsmechanismussegments in die bereitgestellte Lichtleitung.

10. Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitung mit variabler Länge, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Auswählen einer gewünschten Maximallänge für die Lichtleitung;

(b) Unterteilen der Maximallänge in eine Vielzahl von Teillängen;

(c) Ausbilden eines Lichtleitungssegments mit einer Länge, die der Teillänge gleich ist, und einer Lichtemissionsfläche, und zwar für jede Teillänge;

(d) Bereitstellen eines Lichtextraktionsmechanismus für jedes Lichtleitungssegment, wobei jeder der jeweiligen Extraktionsmechanismen eine Lichtemissions-Charakteristik in Abhängigkeit von der Länge des entsprechenden Lichtleitungssegments aufweist, wobei die Lichtemissions-Charakteristik durch das durch die Lichtemissionsfläche des entsprechenden Lichtleitungssegments emittierte Licht eine Oberflächenhelligkeit erzeugt, und wobei die Oberflächenhelligkeit über eine beliebige Anzahl von Lichtleitungssegmenten konstant ist, die aneinandergrenzen und somit ein einem Lichteingangsende der Lichtleitung gegenüberliegendes Ende der Lichtleitung bilden; und

(e) Aneinanderfügen einer ausgewählten Anzahl von Lichtleitungssegmenten zum Ausbilden der Lichtleitung.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit dem Schritt des Einsetzens eines kein Licht emittierenden Lichtleitungssegments zwischen jeweils zwei ausgewählte, aneinandergrenzende Lichtleitungssegmente mit einer Lichtemissionsfläche.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem jedes kein Licht emittierende Lichtleitungssegment eine ausgewählte Länge aufweist.

13. Verfahren zum Herstellen einer Lichtleitung mit variabler Länge, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Auswählen einer gewünschten Maximallänge für die Lichtleitung;

(b) Bereitstellen eines Lichtextraktionsmechanismus mit der Maximallänge, der eine Lichtemissions-Charakteristik in Abhängigkeit von der Maximallänge aufweist, wodurch Licht mit gleichmäßiger Helligkeit durch eine Lichtemissionsfläche der Lichtleitung emittiert wird;

(c) Unterteilen des Extraktionsmechanismus in mehrere Teillängen, die von einem Ende des Extraktionsmechanismus zum anderen Ende des Extraktionsmechanismus geordnet sind;

(d) Ausbilden eines Lichtleitungssegments mit einer Länge, die der Teillänge gleich ist, und zwar für jede Teillänge, und Koppeln der Extraktionsmechanismus-Teillänge mit dem Lichtleitungssegment; und

(e) Zusammenfügen einer ausgewählten Anzahl der Lichtleitungssegmente zum Bilden der Lichtleitung, während die Ordnung der Extraktionsmechanismus-Teillängen an einem Ende der Lichtleitung, das einem Lichteingangsende der Lichtleitung gegenüberliegt, beibehalten wird, einschließlich der einen Extraktionsmechanismus-Teillänge, die das eine Ende des Extraktionsmechanismus bildet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt des Einsetzens eines kein Licht emittierenden Lichtleitungssegments zwischen jeweils zwei ausgewählte, aneinandergrenzende Lichtleitungssegmente mit einer Lichtemissionsfläche.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem jedes kein Licht emittierende Lichtleitungssegment eine ausgewählte Länge aufweist.