CN116772150A - 用于机动车辆照明装置的信号灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆照明装置的信号灯，其具有：棒状光导，该棒状光导具有光出射表面和后侧，在该后侧中布置有耦出元件；两个侧壁；以及多个由反射器和光源组成的成对，这些成对排列在后侧中并且利用光束横向照射棒状光导。棒状光导具有两个后壁，其中每个后壁各自具有耦出元件侧边界和侧壁侧边界并且沿纵向方向在耦出元件和侧壁之间延伸。侧壁侧边界在棒状光导的横向于纵向方向的横截面中比耦出元件侧边界彼此相距更远。

Description

用于机动车辆照明装置的信号灯
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于机动车辆照明装置的信号灯。
背景技术
这种信号灯本身是已知的并且具有沿纵向方向延伸的棒状光导，该棒状光导具有沿纵向方向延伸并横向于纵向延伸被凸形界定的光输出表面。此外，信号灯具有与光出射表面相对的后侧，在该后侧中布置有沿纵向方向排列的耦出元件。信号灯还具有两个侧壁，其中每个侧壁各自具有后侧边界和光出射侧边界并且在后侧和光出射表面之间沿纵向方向延伸。信号灯还具有多个各自由反射器和光源组成的成对。该成对沿纵向方向布置成一排并且设置成用光束照射棒状光导，这些光束各自具有横向于纵向方向延伸的主发射方向。
在机动车辆照明装置的开发和构造中，经常需要从公共光出射表面实现具有不同颜色和切换状态的信号光分布。为此，一个常见的例子是白光的日间行驶光分布和黄光的闪烁光分布。
光分布的产生在下文中也称为光功能。一旦这两个光功能是静态的，例如当在断开状态下没有光从光出射表面出射时或者当光同时从整个光出射表面出射出时情况就是这样，则棒状光导就提供几乎无与伦比的良好的均匀性(光出射表面的在光出射表面上的均匀亮度)与效率(通过光出射表面发射的光量与由产生的光源发射的能量之比)，并因此对于高度为4mm至14mm的细长的光出射表面来说通常是最好的并因此是主要实现的概念。
然而，一旦光出射表面被分段以便例如实现出现向外滑动的闪烁光效果之类的动画效果，则棒状光导就失去其作为主导概念的作用。
依次排列的反射器或直接成像光学器件实现了棒状光导的细长的光出射表面的发光段和非发光段之间的非常好的分离。然而，缺点是，对于分段通常必须接受均匀性方面的降低。当要实现具有公共光出射表面的两种不同颜色的光功能时，这种不利影响尤其明显。当两个LED芯片必须放置在成像光学器件的焦点中时，就会出现这种缺点。
在本身已知的信号灯中，棒状光导的已经良好的均匀性与通过反射器或直接成像光学器件进行分段的可能性相结合。在此，一个功能(通常是日间行车灯，均匀性在前景中)是通过棒状光导实现的，另一功能(通常是闪光灯，分段在前景中)是通过反射器或直接成像光学器件在棒状光导的后方实现的。
在这种方法中，分段光功能必须通过棒状光导发射，以满足使用相同光出射表面的目的。然而，使用相同的光出射表面通常伴随着所产生的光分布的不期望的差异，例如强度最大值的位置和/或高度。特别地，位于中心的最大光分布的实现对于照射功能来说是一个问题。
存在对用于机动车辆的信号灯的需求，利用该信号灯可以优选地以不同的光颜色实现两个信号功能。信号灯的外观应在视觉上均匀明亮，并且两个功能中的一个应可设置动画。
在现有技术中已经描述了类似的问题。在EP3112215和EP3112216中描述了一种使用光导板的系统，在这些光导板中，表面用作反射表面。产生第一光功能所使用的光导的横截面形状是近似圆形。从WO2015/090535中已知类似于这些系统的系统。从US2016/091653已知一种与所谓的厚壁光学器件一起工作的系统。厚壁光学器件对应于平板光导。在这些系统中，厚壁光学器件通常不会产生自己的光功能。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种具有棒状光导的信号灯，该棒状光导具有细长的光出射表面并且设置用于实现两个光功能，其中仅一个被分段。分段的光功能应横向通过棒状光导发光并且在这里同时具有与非分段的光功能相似的光分布。此外，应尤其是在光分布的中心产生比已知信号灯更高的强度值。在这里，不应损害棒状光导对其他光功能的良好效率。
该目的通过具有权利要求1的特征的开头所述类型的信号灯来实现。因此，根据本发明的信号灯的特征在于，棒状光导具有两个侧壁，其中每个侧壁各自具有耦出元件侧边界和侧壁侧边界并且沿纵向方向在排列的耦出元件和侧壁之间延伸；并且侧壁侧边界在棒状光导的横向于纵向延伸的横截面中比耦出元件侧边界彼此相距更远。
利用这些特征，横向于棒状光导的纵向延伸照射该棒状光导的光束的光的一部分由后壁捕获并且由侧壁如此陡地偏转到出射表面，使得光在那里出射，而不会事先在其中一个耦出元件上被折射。正是这种折射会导致两个光分布的不期望的偏差。因此，通过避免这种不期望的折射，在由最初沿棒状光导在棒状光导中传播的光产生的光分布和由借助反射器横向于棒状光导的纵向延伸照射棒状光导的光产生的光分布之间产生期望的更大的相似性。这些优点是在不降低棒状光导的效率的情况下实现的。
一个优选设计方案的特征在于，后壁在后侧中形成凹陷部，并且凸形界定的光出射表面具有焦曲线，该焦曲线遵循棒状光导的细长形状，并且该焦曲线从凸形界定的光出射表面观察时在排列的耦出元件的后方伸展。
还优选的是，各自由反射器和光源组成的成对设置成将从被视为理想点光源的光源发出的球面波前转换成具有焦轴BA的柱面波前。
另外优选的是，焦轴平行于y方向。y方向是棒状光导的纵向方向，该纵向方向也可以称为其纵向延伸的方向。
另一个优选设计方案的特征在于，焦轴BA相对于纵向方向y倾斜一个角度。
还优选的是，焦轴在这样的位置对应于棒状光导的纵向方向，该位置位于反射器的正前方的相关联的反射器的主光传播方向上并因此遵循光出射表面的轮廓。
另外优选的是，每个成对设置成将其光束聚焦到焦轴中，该焦轴位于所述棒状光导的一系列耦出元件中。
另一个优选设计方案的特征在于，反射器的反射表面具有散射结构，该散射结构叠加在反射器的反射表面的基本形状上。
另外优选的是，散射结构设置成当信号灯按规定取向时沿垂直方向z散射2°至5°并且沿水平方向y散射5°至10°。
另一个优选设计方案的特征在于，棒状光导具有第一端部和第二端部，在该第一端部上布置有设置用于将光馈送到棒状光导中的光源，该第二端部在纵向延伸中与第一端部相对，其中，两个彼此相邻的耦出元件通过位于其间的距离彼此分离，该距离随着彼此相邻的耦出元件距第一端部的距离的增大而减小，其特征在于，位于彼此相邻的耦出元件之间的距离不小于两个彼此相邻的耦出元件的距离的20％。
还优选的是，后壁和侧壁设置成利用后壁通过折射来捕获光源的由反射器反射的光的至少一部分并且将该部分通过在侧壁上进行的反射偏转到可由信号灯利用光源的光发射的光分布的中心区域中。
另外的效果和/或优点从从属权利要求、说明书和附图中产生。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的特征以及下面仍然要说明的特征不仅可以以相应给定的组合使用，而且可以以其他组合使用或单独使用。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地予以说明。在这里，附图分别以示意图形式示出：
图1以侧视图示出了开头所述类型的本身已知的信号灯的侧视图；
图2示出了图1的信号灯的端部或横截面的俯视图；
图3示出了由光源和反射器组成的成对的剖视图；
图4示出了没有光束路径的前视图，以说明反射器的焦轴的位置；
图5示出了根据本发明的信号灯的棒状光导的剖视图；以及
图6示出了图5的物体以及与棒状光导的后侧相对的由光源和反射器组成的成对。
具体实施方式
详细地，图1以侧视图示出了本身已知的棒状光导10、第一光源12和一系列各自由第二光源16和反射器18组成的成对14的布置。在侧视图中，棒状光导10沿纵向方向y在第一端部10.1和第二端部10.2之间延伸。棒状光导10、第一光源12以及各自由光源16和反射器18组成的成对14形成信号灯。
图2以信号灯的横向于图1的侧视图的横截面的俯视图示出了图1的布置。图2的视图方向对应于图1的y方向。棒状光导10具有沿纵向方向y延伸并横向于纵向延伸被凸形界定的光出射表面20和与光出射表面22相对的后侧22。在后侧22中布置有沿纵向方向y排列的耦出元件24。
成对14沿纵向方向y布置成一排并且设置成用光束照射棒状光导10，这些光束各自具有横向于纵向方向y延伸的主发射方向–x。
棒状光导10具有两个侧壁S，其中每个侧壁各自具有后侧边界S1和光出射侧边界S2并且在后侧22和光出射表面20之间沿纵向方向y延伸。
在这里，x方向、y方向和z方向各自局部地彼此垂直并且例如形成右手坐标系，该右手坐标系的原点位于x、z平面中的棒状光导10的横截面的面重心。在这里，x方向对应于信号灯的主发射方向，该主发射方向例如对应于行驶方向或与行驶方向相反的行驶方向。z方向例如是车辆的垂直轴。与图1不同，根据本发明的信号灯中的棒状光导10的纵向延伸也可以是以弯曲空间曲线的形式偏离直线的纵向延伸，其中，坐标系在这种情况下可以是伴随三面角。
第一光源12的光12.1最初以一个方向在棒状光导10中传播，该方向与y方向围成的角小于与横向于该方向的x方向以及与也横向于该方向的z方向围成的角。第一光源12例如发射用于日间行驶光功能的白光12.1。
该光12.1例如利用相对于棒状光导10的纵向延伸布置在端侧的第一光源12入射到到棒状光导10中并且可能多次反射到侧壁S和/或光出射表面20上，然后该光12.1射到耦出元件24上并在那里如此强烈地偏转到光出射表面20，使得该光12.1在那里出射。为此，耦出元件24具有相对于y方向倾斜布置的反射表面24.1。此时，出射的光12.1在那里如图1所示仍将具有沿y方向的方向分量。
同时，根据经验，这种光12.1具有高效率并且对于观察者来说具有光出射表面20的期望的均匀明亮外观以及带有明显的中心强度最大值的光分布。
由于这种原因，在棒状光导10中的光传播方向和大致横向于该光传播方向进行的从棒状光导10耦出的这种布置例如对于日间行驶光是优选的。
信号灯还具有多个各自由反射器18和第二光源18组成的成对14。成对14沿纵向方向y布置成一排并且设置成利用光束16.1照射棒状光导10，这些光束16.1各自具有横向于纵向方向y延伸的主发射方向–x。
图3示出了这种成对14的剖视图。反射器18将由被视为理想点光源的第二光源16以球面波前的形式发出的光16.1通过在其反射表面上的反射聚焦成具有焦轴BA的柱面波前。反射器表面可以适配于真实光源及其安装条件。
图4示出了没有光束路径的前视图，以说明焦轴BA的位置。焦轴BA可以平行于y方向，但也可以与y方向倾斜一个角度，这由虚线BA'说明。
理想地，焦轴BA对应于在这样的位置处的细长的棒状光导10的纵向方向y，即该位置沿光传播方向x位于反射器18的正前方并因此遵循光出射表面20的轮廓。
成对14的反射器18将从第二光源16发出的光16聚焦到布置在棒状光导10的后侧22中的耦出元件24上。结果，该光16.1通过后侧22横向于纵向方向y入射到棒状光导10中，照射该棒状光导10并且从光出射表面20再次从棒状光导10出射。
在已知的信号灯中，相关联的棒状光导10的这种照射对从光出射表面20出射的光分布具有以下作用：由于设计为棒状光导10的凸透镜的光出射表面20聚焦到耦出元件24的区域上，因而尤其地，上述布置在端侧的第一光源12的从该区域照射到光出射表面20上的光束12.1以期望的方式折射到光分布的中心并在那里有助于产生期望的强度最大值。
这些光束12.1在耦出元件24的倾斜反射表面24.1上被反射。然而，如果利用由第二光源16和反射器18组成的成对14的光束16.1照射棒状光导10的后侧22，则这些光束16.1通过棒状光导10的后侧22入射到棒状光导10中。在这里，这些光束16.1在耦出元件24上不被反射，而是被折射。然后，这些折射的光束16.1也通过光出射表面20从棒状光导10出射。因此，从光出射表面20出射的光由两个分量12.1、16.1组成。这两个分量的不同之处在于它们从不同的方向入射到耦出元件24上。分量12.1从棒状光导10的内部入射到耦出元件24上并且在那里被反射。另一分量16.1在那里从外部入射并且在那里被折射。因此，这两个分量也沿不同的方向通过光出射表面20出射并且不期望地产生不同的光分布。
此外，通过后侧22入射的光16.1在耦出元件24中以图1所示的形式被分成两个分量。一个分量通过倾斜部分、即通过耦出元件24的反射表面24.1以改变方向的折射入射到棒状光导10中。另一分量通过耦出元件24的位于倾斜分量24.1之间且平行于y方向的部分24.2入射到棒状光导10中而没有改变方向的折射或只有很小的改变方向的折射。这些分量沿彼此不同的方向从棒状光导10出射并因此不会共同有助于产生强度最大值。为了减少这种不期望的效果，可以将耦出元件24的平行于y方向的部分24.2放大。然而，这将不可避免地导致在倾斜表面24.1上反射的光的效率降低。
根据本发明的信号灯与图1至图4所示的信号灯的不同之处主要在于棒状光导10的设计。图1至图4除了本发明的特征之外还示出了其技术环境，而不限于此。因此，除非图5和图6和/或其描述中另有说明，否则这些图的描述以及尤其是其中使用的方向约定也适用于引用本发明的实施例的图5和图6的以下描述。
图5示出了根据本发明的信号灯的棒状光导10的剖视图。截面在图5中是x、z平面。凸曲的且因此用作透镜的光出射表面20聚焦到焦曲线BK上，该焦曲线BK沿+x方向位于耦出元件24的后方。虚线表示从焦曲线BK发出的光束的相应边缘光线。侧表面S位于上部和下部。后壁RW将这些侧表面S与耦出元件24连接。对应于图1排列的耦出元件24可以形成棱镜肋P。
焦曲线BK沿y方向遵循棒状光导10的细长形状并且从凸形界定的光出射表面20观察时位于排列的耦出元件24的后方。
后壁RW和侧壁S通过其布置和几何形状设置成利用后壁RW通过折射来捕获第二光源16的由反射器18反射的光的至少一部分并且将该部分通过在侧壁S上进行的反射偏转到可由信号灯利用第二光源16的光发射的光分布的中心区域中。
图6示出了图5的物体以及与棒状光导10的后侧22相对的由第二光源16和反射器18组成的成对14。
棒状光导10尤其具有两个后壁RW，其中每个后壁RW各自具有耦出元件侧边界RW1和侧壁侧边界S1，该侧壁侧边界S1与所涉及的侧壁的后侧边界S1重合。后壁RW沿纵向方向y在排列的耦出元件24和侧壁S之间延伸。后壁RW的侧壁侧边界S1在棒状光导10的横向于纵向延伸的横截面中比耦出元件侧边界RW1彼此相距更远。后壁RW在后侧22中形成凹陷部。
每个反射器18的基本形状将光从被视为理想点光源的第二光源的球面波前转换成具有焦轴BA的柱面波前。反射器表面可以适配于真实光源及其安装条件。焦轴BA可以相对于反射器的侧向扩展方向倾斜一个角度。
在反射器18上优选地安装有光散射结构(例如以垫子的形式)，以便消除位置公差和制造公差。用于这种散射的典型值是2-5°垂直(z)和5-10°水平(y)。如果在光路径中在棒状光导之后不存在另外的散射元件，则在此可能需要更高的散射值以产生期望的光分布。
根据本发明的信号灯的一个特征在于棒状光导10的形式并且尤其是其边界表面的设计方案，该边界表面将透镜状的光出射表面20与具有耦出元件24的后侧22连接，并且在于侧表面S和后壁RW，该侧表面S和后壁RW与光方向x或光导中的光方向(棱镜肋的中心、透镜状光出射表面20的中心)具有一定角度。
典型地，棒状光导10的焦曲线BK在本发明的设计方案中沿x方向更靠后，也就是说比在本身已知信号灯的光导10中更远离光出射表面，这产生了棒状光导10的更平坦(弯曲程度较低)的光出射表面20。
棒状光导10的焦曲线BK优选地沿x方向比焦轴BA更远离光出射表面20定位。
根据本发明的信号灯的实施例的特征在于巧妙地选择以下参数：
a)第二光源16相对于排列的耦合元件24的中心的z位置。
b)第二光源16相对于排列的耦出元件24的中心的x位置。
c)反射器锚定点相对于排列的耦出元件24的中心的z位置。反射器锚点位于x、z平面内并且与焦轴和焦曲线相交。
d)反射器锚定点相对于排列的耦出元件24的中心的x位置。
e)焦曲线BK相对于排列的耦出元件24的中心的x位置，棒状光导10的光出射表面20聚焦到该x位置上。
f)后壁RW与表面的角度，该表面将排列的耦出元件24的中心与光出射表面20的中心连接。
g)侧壁S与表面的角度，该表面将排列的耦出元件24的中心与光出射表面20的中心连接。
h)焦轴BA相对于排列的耦出元件24的中心的x位置，反射器18聚焦到该焦轴BA上。
i)焦轴BA相对于排列的耦出元件24的中心的z位置，反射器聚焦到该焦轴BA上。
对于高度7.5mm的棒状光导10，示例性通过以下参数组合产生有利的结果：
a)5.5mm；b)11mm；c)-3mm；d)11mm；e)1.6mm；
f)111.5°；g)7.2°；h)0mm；i)0mm
该示例是通过参数变化找到的，利用该参数变化应识别用于产生日间行驶光分布和闪烁光分布的合适参数。假设系统的重要光束路径是RW处的折射、S处的随后全反射以及光出射表面20处的随后折射。
借助反射器18产生的(第二)光分布的分量通过棒状光导10的成角度的反射表面28.1，这些反射表面28.1确保了其功能(对于第一光分布)。该分量产生不期望的二次最大值。
通常，在棒状光导10中，成角度的反射表面24.1朝棒状光导10的第二端部32变得越来越大，以实现均匀性和效率之间的良好折衷。典型地，与光出射表面相对的后侧的部分的长度的由斜反射表面24.1构成的比例在第二端部32处以100％由成角度的反射表面24.1构成。
优选地，将该比例限制在小于80％，因为由光分布对的反射器反射的光的一部分通过后侧的非成角度比例传播。如果没有这个比例，在棒状光导的光出射表面的端部的反射器的外观将显得更暗(尤其是从光分布中心进行的观察时)。这导致棒状光导的效率降低。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆照明装置的信号灯，其具有：
-沿纵向方向(y)延伸的棒状光导，所述棒状光导具有沿所述纵向方向(y)延伸并横向于纵向延伸被凸形界定的光出射表面(20)；
-与所述光出射表面(20)相对的后侧(22)，在所述后侧(22)中布置有沿所述纵向方向(y)排列的耦出元件(24)；
-两个侧壁(S)，其中每个侧壁各自具有后侧边界(RW1)和光出射侧边界(RW2)并且在所述后侧(S)和所述光出射表面(20)之间沿所述纵向方向(y)延伸；以及
-多个各自由反射器(18)和光源(16)组成的成对(14)，所述成对(14)沿所述纵向方向(y)布置成一排并且设置成用光束照射所述棒状光导(10)，这些光束各自具有横向于所述纵向方向(y)延伸的主发射方向(x)，
其特征在于，所述棒状光导(10)具有两个后壁(RW)，其中每个后壁各自具有耦出元件侧边界(RW3)和后侧边界(RW1)和侧壁侧边界(RW2)并且沿所述纵向方向(y)在所述排列的耦出元件(24)和所述侧壁(S)之间延伸，并且所述侧壁侧边界(RW2)在所述棒状光导(10)的横向于纵向延伸的横截面中比所述耦出元件侧边界(RW2)彼此相距更远。
2.根据权利要求1所述的信号灯，其特征在于，所述后壁(RW)在所述后侧(22)中形成凹陷部，并且所述凸形界定的光出射表面(20)具有焦曲线(BK)，所述焦曲线(BK)遵循所述棒状光导(10)的细长形状，并且所述焦曲线(BK)从所述凸形界定的光出射表面(20)观察时在所述排列的耦出元件(24)的后方伸展。
3.根据前述权利要求中任一项所述的信号灯，其特征在于，各自由反射器(18)和光源(16)组成的成对(14)设置成将从所述光源(16)发出的球面波前转换成具有焦轴(BA)的柱面波前。
4.根据权利要求3所述的信号灯，其特征在于，所述焦轴(BA)平行于所述棒状光导(10)的纵向方向。
5.根据权利要求4所述的信号灯，其特征在于，所述焦轴(BA)相对于所述纵向方向(y)倾斜一个角度。
6.根据权利要求5所述的信号灯，其特征在于，所述焦轴(BK)在这样的位置对应于所述棒状光导(10)的所述纵向方向(Y)，该位置位于所述反射器(18)的正前方的相关联的反射器的主光传播方向上并因此遵循所述光出射表面(20)的轮廓。
7.根据权利要求6所述的信号灯，其特征在于，每个成对(14)设置成将其光束聚焦到焦轴(BA)中，所述焦轴(BA)位于所述棒状光导(10)的一系列耦出元件(24)中。
8.根据权利要求7所述的信号灯，其特征在于，所述反射器(14)的反射表面(24)具有散射结构，所述散射结构叠加在所述反射器(18)的反射表面的基本形状上。
9.根据权利要求8所述的信号灯，其特征在于，所述散射结构设置成当所述信号灯按规定取向时沿垂直方向z散射2°至5°并且沿水平方向y散射5°至10°。
10.根据前述权利要求中任一项所述的信号灯，其特征在于，所述棒状光导(10)具有第一端部(30)和第二端部(32)，在所述第一端部(30)上布置有设置用于将光馈送到所述棒状光导(10)中的光源(12)，所述第二端部(32)在纵向延伸中与所述第一端部(30)相对，其中，两个彼此相邻的耦出元件(24)通过位于其间的距离彼此分离，所述距离随着所述彼此相邻的耦出元件(24)距所述第一端部(30)的距离的增大而减小，其特征在于，位于彼此相邻的耦出元件(24)之间的距离不小于两个彼此相邻的耦出元件(24)的距离的20％。
11.根据权利要求1所述的信号灯，其特征在于，所述后壁(RW)和所述侧壁设置成利用所述后壁(RW)通过折射来捕获所述光源(16)的由所述反射器(18)反射的光的至少一部分并且将该部分通过在所述侧壁(S)上进行的反射偏转到可由所述信号灯利用所述光源(16)的光发射的光分布的中心区域中。
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