CZ202053A3 - Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností zahrnující světelný zdroj (1), světlovod (2), filtr (3) a krycí sklo (13), kde je filtr (3) opatřen odraznými prvky (4) sloužícími k odražení části světelných paprsků a jejich nasměrování do potřebného místa v okolí vozidla. To je realizováno vhodně orientovanými plochami odrazných prvků (4), které vystupují z vyzařovací plochy filtru (3).

Description

Dosavadní stav techniky

Dnešní automobily využívají světla signálních funkcí, jako jsou například poziční světla, světla denního svícení, nebo směrová světla. U těchto typů světel se často používá kombinace LED zdroje světla, světlovodu pro distribuci světla do potřebných míst a filtru pro nasměrování světla potřebným směrem nebo pouze pro zajištění rovnoměrné intenzity vyzařovaného světla.

Světlovody jsou v současnosti častým optickým prvkem využívaným v exteriérovém či interiérovém osvětlení vozidla. U takových světlovodů je zapotřebí světlo ze světelného zdroje prostorově rozložit tak, aby byly zvýrazněny důležité stylistické prvky, jakými jsou např. kontury kolem komor jednotlivých světelných funkcí, okrajů, popř. obrysy celé svítilny. Světlovody poskytují výrazné možnosti k vytvoření atraktivního vzhledu svítilen a jsou důležité v exteriérovém i interiérovém osvětlení vozidla. Světlovody nejčastěji obsahují světelný zdroj na obou nebo alespoň na jednom svém konci. Světelný zdroj pak emituje světlo na vstupní plochu světlovodu. Po průchodu vstupní plochou se světelné paprsky světlovodem šíří na základě principu úplného vnitřního odrazu. Na rozhraní světlovod/vzduch dochází k úplnému odrazu světla, čímž je docíleno vedení světla objemem světlovodu. V případě, že by k úplnému odrazu světla docházelo na celé ploše uvedeného rozhraní, k vyzařování světla z objemu světlovodu by nedocházelo. Pro vyvázání paprsku ze světlovodu se používá v daných místech povrchu světlovodu vyzařovací geometrie, přičemž vyzařovací geometrií jsou vylisované, vybroušené nebo jiným způsobem vytvarované opticky aktivní hranoly. Často jsou umístěny po celé délce světlovodu. Na těchto opticky aktivních hranolech dochází ke změně dráhy paprsku tak, aby byla porušena podmínka úplného odrazu. Paprsek dopadající na vyzařovací geometrii světlovodu je pomoci úplného odrazu vrácen zpět do materiálu světlovodu, kde se šíří k protější vyzařovací ploše světlovodu. Na této ploše dochází k lomu paprsku a světelný paprsek opouští světlovod. V důsledku rozptylu vedeného světla na opticky aktivních hranolech se celý světlovod nebo jeho části jeví jako homogenně zářící těleso.

K dalšímu ještě preciznějšímu tvarování světelného toku se používá uvedených filtrů umístěných v těsné blízkosti vyzařovací plochy světlovodu. Ve filtrech je přirozeně šíření světla definováno stejnými zákonitostmi jako ve světlovodu. Podstatným rozdílem někdy bývá použití rozdílného materiálu, který pak v objemu filtru zajistí co největší rozptyl paprsků. Zatímco světlovody jsou z pravidla vyrobeny z čirého materiálu, filtry jsou nejčastěji tvořeny materiálem mléčným. Je-li primární funkcí filtru dále vytvářet co nej homogennější rozložení světla, je filtr někdy nazýván také jako homogenizační optika.

Je také časté, že se pro zajištění většího množství signálních fúnkcí, používá pouze jeden společný světlovod a filtr. Nejčastěji používanými materiály pro výrobu obojího je polymethylmethakrylát či polykarbonát. Někdy se ale použije i skla, cykloolefin kopolymeru nebo silikonu.

U světel signálních funkcí je ovšem kromě estetických požadavků často nutno řešit požadavky na viditelnost z různých směrů vůči danému vozidlu. Toto je zpravidla stanoveno technickými normami. Přitom j sou takováto světla signálních funkcí často omezená okolními komponenty, j ako jsou například rám světla, krycí sklo světla, jeho zástavba mezi dalšími světelnými funkcemi, jako je například denní či dálkové svícení, anebo různé přídavné estetické prvky.

-1 CZ 2020 - 53 A3

Další omezení pokrytí určitých vyzařovacích úhlů je čistě fyzikální, a to omezení mezním úhlem, který platí pro šíření světla na rozhraní dvou použitých materiálů o rozdílném indexu lomu.

Má-li totiž filtr v podstatě rovinnou výstupní plochu, kterou světelné paprsky prostupují do požadovaného směru, respektive dostávají se přes krycí sklo do volného prostoru v okolí vozidla, je pak snadné vyzářit paprsky směrované v blízkosti kolmice k této výstupní ploše filtru. Dochází zde totiž k průchodu paprsku z jednoho prostředí, tedy použitého materiálu filtru, do druhého prostředí, kterým je zpravidla vzduch a k jeho lomu. V tomto případě paprsky prochází a lámou se od kolmice. Jakmile se ovšem směr šíření paprsků vůči této kolmici zvětší a přesáhne-li zmíněný úhel mezní, nedojde již k průchodu a lomu tohoto paprsku, ale k jeho odražení od tohoto rozhraní.

Pro zvětšení vyzařovacích úhlů se někdy využívá mléčného materiálu filtru. Ani to však v některých případech nezajistí dostatečné pokrytí určitých úhlů.

Dalším řešením je použití určitých optických tvarových prvků na krycím skle, tak aby došlo k požadovanému zalomení některých paprsků a jejich nasměrovaní do potřebných míst s nedostatečnou intenzitou světla. To je sice fúnkční ale nežádoucí jak z důvodů estetického, tak i z důvodů nežádoucích rozptylů, které vznikají na hranách takových tvarových prvků a jsou dále významně posíleny zanesením další vrstvy z jiného materiálu. Tou je lak, který se na krycí sklo nanáší z důvodu zvýšení odolnosti krycího skla vůči vnějším vlivům. Další omezení je dáno samotným výrobním procesem, kdy je u velké a relativně složité formy krycího skla obtížné přidávat vložku formy pro vytvoření tvarových prvků výrazněji vystupujících z hlavní vnější plochy krycího skla.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností zahrnující světelný zdroj, světlovod, filtr a krycí sklo, kde světlovod je podlouhlého tvaru, s částí povrchu opatřenou vyzařovací geometrií a alespoň na jednom konci je světlovod opatřen vstupní plochou pro příjem světelných paprsků emitovaných ze světelného zdroje, přičemž na světlovod na straně protilehlé vůči vyzařovací geometrii doléhá filtr svou vstupní plochou filtru spočívající v tom, že je filtr na straně protilehlé vůči vstupní ploše filtru opatřen vyzařovací plochou filtru na níž jsou umístěny alespoň dva odrazné prvky, přičemž každý z těchto odrazných prvků zahrnuje alespoň první plochu a druhou plochu, kde první i druhá plocha na své první straně vystupuje z vyzařovací plochy filtru a na své druhé straně je první plocha se druhou plochou spojena, přičemž alespoň část první plochy je orientována vůči alespoň části druhé plochy pod úhlem v rozmezí od 55° do 95°.

Odrazný prvek tak může využít totálního vnitřního odrazu daného tím, že množství paprsků dopadá na první plochu pod úhlem větším, než je úhel mezní. Na druhé ploše se již množství těchto paprsků odražených od první plochy láme a prochází ven z tohoto odrazného prvku. Tím je zajištěno nasměrování množství paprsků do požadovaného směru, kterým je odrazný prvek orientován.

Toto provedení dále zajišťuje směrování světla do oblasti geometrického stínu filtru bez odrazných prvků, který je způsoben například zastíněním kapotou, nárazníkem, dekorativním prvkem či jinými součástmi vozidla či samotného světla.

Tím, že je odrazný prvek umístěn na filtru, je zachována možnost zakrýt signální světlo krycím sklem bez tvarových prvků a nehomogenit čili s libovolným vzhledem bez zbytečných omezení daných požadavkem jeho technickou fúnkcí. Na filtr se navíc na rozdíl od krycího skla nenanáší žádný lak, který by degradoval optické vlastnosti tvarových optických prvků. Filtr má výhodu, že se jedná obecně o menší formu, která u níž lze snadněji dosáhnout přesnější optiky. Filtr navíc na rozdíl od krycího skla, pokud je použito pro zakrytí celého světlometu spolu s funkcemi potkávacího a dálkového svícení, může být mléčný.

- 2 CZ 2020 - 53 A3

První plocha a/nebo druhá plocha má tvar rovinný nebo parabolický nebo sférický nebo hyperbolický nebo tvar popsatelný pomocí polynomiálního rozvoje nebo libovolné kombinace těchto tvarů. Vhodný tvar se volí dle požadavků na konkrétní intenzitu, tvar a směr světla jakého je u signálního světla potřebné dosáhnout.

Pro jednoduchost výroby i pro zamezení vad způsobených spojováním více komponentů je výhodné, tvoří-li filtr spolu s odraznými prvky jeden homogenní celek. Ten je vyroben z polykarbonátu, polymethylmethakrylátu, skla, cykloolefin kopolymeru nebo silikonu, přičemž pro zajištění vyššího rozptylu a homogenity vyzařovaného světlaje materiál filtru a odrazných prvků matný nebo mléčný. Matný či mléčný materiál filtru také dále zvyšuje pravděpodobnost dopadu paprsku na první plochu, kde je splněna podmínka totálního vnitřního odrazu.

S výhodou je první plocha opatřená vrstvou kovu, která zajistí odražení veškerých paprsků z první plochy, tedy i těch které by při dopadu na rozhraní na povrchu filtru nesplňovali podmínky pro úplný vnitřní odraz.

Je výhodné, když je odrazný prvek orientován tak, že normála druhé plochy svírá s podélnou osou vozidla úhel v rozmezí od 10° do 60°, nebo ještě výhodněji v rozmezí od 25° do 45°, ato ve směru do středu vozidla. V tomto úhlu totiž ze vzhledových a dalších technických požadavků na celé vozidlo bývá nej častěji nedostatečná intenzita světla ze signálních světel, přičemž takto orientovaný odrazný prvek nasměřuje právě v tomto směrů největší množství paprsků.

Toto řešení se nej výhodněji uplatní u signálního světla směrového, u něhož jsou požadavky na úhlové pokrytí světlem o určitých intenzitách nej vyšší.

Jako nejvýhodnější se jeví kombinace se směrovými světly, u nichž jsou požadavky na viditelnost a intenzitu světla v různých směrech nejvyšší.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu j e dále obj asněna na příkladech j eho uskutečnění, které j sou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:

obr. 1 jsou znázorněny hlavní součásti signálního světla dle tohoto vynálezu, obr. 2 je znázorněna levá část pravého světlometu z pohledu zepředu vozidla s integrovaným signálním světlem obr. 3 je znázorněna levá část pravého světlometu z pohledu zepředu vozidla s integrovaným signálním světlem obr. 4 je zobrazen detail uspořádání optických prvků v pohledu se shora obr. 5 je zobrazen detail uspořádání optických prvků v pohledu ze předu obr. 6 je zobrazen detail uspořádání optických prvků v pohledu se shora s vyznačením směru šíření paprsků obr. 7 je pohled na světlomet ze specifického vyzařovacího úhlu s použitými odraznými prvky dle vynálezu obr. 8 je pohled na světlomet ze stavu techniky ze specifického vyzařovacího úhlu, tedy bez odrazných prvků

-3CZ 2020 - 53 A3 obr. 9 je světlomet ze stavu techniky, tedy bez odrazných prvků, s vyznačením podélné osy vozidla a specifického vyzařovacího směru obr. 10 je světlomet ze stavu techniky ukazující řešení s použitím optických tvarových prvků na krycím skle

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. Tento příklad provedení popisuje signální světlo zahrnující především světelný zdroj 1, světlovod 2, filtr 3 znázorněné na obr. 1, integrované v rámci sestavy předního světlometu vozidla znázorněného na obr. 2 a 3, který dále zahrnuje světla pro denní, potkávací a dálkové svícení. Tyto nejsou na obrázku. Alternativně však může být vynález použit pro jiné signální funkce, jako jsou například světla brzdová a může být použit na signálním světle samostatném či integrovaném v libovolném jiném světle vozidla. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností zahrnuje dvě sdružené signální funkce, konkrétně poziční světlo a směrové světlo.

Na obr. 1 je tedy znázorněn světlovod 2 podlouhlého tvaru s průřezem tvaru v podstatě kuželosečkovým s částí povrchu opatřenou vyzařovací geometrií 6, kde na jednom konci je světlovod 2 opatřen vstupní plochou pro příjem světelných paprsků 9 emitovaných ze světelného zdroje 1. Světelný zdroj 1 je tvořen alespoň jednou světelnou diodou. Alternativně může být světlovod 2 opatřen světelným zdrojem 1 na obou svých koncích. Na straně protilehlé vůči vyzařovací geometrii 6 na světlovod 2 doléhá filtr 3 svou vstupní plochou filtru 3, která je tedy přivrácená světlovodu 2. Je tedy uložen podélně v blízkosti světlovodu 2 směrem ven z vozidla. Jak je detailně znázorněno na obr. 4, je filtr 3 na straně protilehlé vůči vstupní ploše filtru 3, tedy na straně odvrácené od světlovodu 2, opatřen vyzařovací plochou filtru 3 na níž je umístěno množství odrazných prvků 4. Jak je zřejmé z obr. 3, tak je v tomto příkladu použito celkem třináct odrazných prvků 4. Dle požadavků na optické vlastnosti světla však může být použito libovolné množství takových odrazných prvků 4, od jednotek až po stovky. Odrazný prvek 4 zahrnuje první plochu 7 a druhou plochu 8, kde první i druhá plocha 7, 8 na své první straně vystupuje z vyzařovací plochy filtru 3 a na své druhé straně je první plocha 7 s druhou plochou 8 spojena, přičemž první plocha 7 i druhá plocha 8 jsou rovinné a svírají vzájemně úhel 75,4° jak je znázorněno na obr. 4, 5 a 6. Protože je výhodné, aby byl filtr 3 i odrazné prvky 4 vyrobeny z jednoho materiálu v jedné formě, typicky technologií vstřikolisování plastu, má odrazný prvek 4 z tohoto příkladu provedení tvar zubu vystupujícího z vyzařovací plochy filtru 3 majícího první plochu 7 a druhou plochu 8, které spolu s částí vyzařovací plochy filtru 3 tvoří strany trojúhelníku. Tvar zubu je pak z obou stran uzavřen trojúhelníkovými stěnami, jak je zřejmé například z obr. 4 a 5.

V jiných provedeních však plochy odrazných prvků 4 mají tvar rovinný nebo parabolický nebo sférický nebo libovolné kombinace těchto tvarů. V těchto alternativních provedeních je alespoň část první plochy 7 orientována vůči alespoň části druhé plochy 8 pod úhlem v rozmezí od 55° do 95°.

Jak je patrné z obr. 6, existují světelné paprsky 9 šířící se světlovodem nejdříve díky úplnému vnitřnímu odrazu, které poté dopadnou na vyzařovací geometrii 6 od které se odrážejí na protilehlou stranu světlovodu 2, na níž se lámou, šíří se dále rovnou případně skrze malou vzduchovou mezeru do filtru 3 přes jeho vstupní plochu filtru 3 na níž se znovu lámou a prochází tělem filtru 3 až do odrazného prvku 4, přičemž v tomto odrazném prvku 4 se odráží na jeho první ploše 7 odkud se šíří na druhou plochu 8 na níž se láme a šíří se dále přes krycí sklo 13 ven ze signálního světla požadovaným směrem.

Filtr 3 i odrazné prvky 4 jsou v tomto příkladu provedení vyrobeny z polykarbonátu. Alternativně však mohou být vyrobeny z polymethylmethakrylátu, skla, cykloolefin kopolymeru nebo silikonu,

-4CZ 2020 - 53 A3 přičemž pro zajištění vyššího rozptylu a homogenity vyzařovaného světla může být materiál filtru 3 a odrazných prvků 4 matný nebo mléčný.

První plocha 7 je alternativně provedena jako zrcátko, tedy opatřena vrstvou kovu, která zajistí odražení veškerých světelných paprsků 9 z první plochy 7, tedy i těch které by při dopadu na rozhraní na povrchu filtru 3 nesplňovali podmínky pro úplný vnitřní odraz.

V tomto příkladě provedení je odrazný prvek 4 orientován tak, že normála druhé plochy 8 svírá s podélnou osou vozidla úhel v rozmezí od 25° do 45°, a to ve směru do středu vozidla. Toto provedení je znázorněno na obr. 7, kde je vidět z filtru 3 vystupující odrazné prvky 4 s jejich druhými plochami 8. Pro porovnání s velikostí z tohoto úhlu viditelné plochy samotného filtru 3 v zorném poli ze směru 45° vůči podélné ose vozidla je na obr. 8 zobrazen příklad se stavu techniky, který odrazné prvky 4 nezahrnuje. Alternativně normála druhé plochy 8 může svírat s podélnou osou vozidla úhel v rozmezí od 10° do 60°. Jak je zřejmé z obr. 7 a 8, v okolí filtru 3 je množství jiných součástí, rám světlometu 5 nebo krycí estetický rámeček 10. které brání světelným paprskům 9 v šíření do libovolných směrů.

Na obr. 9 jsou v pohledu se shora znázorněny dráhy světelných paprsků 9 vyzářených ve vybraném úseku u řešení s filtrem 3, který odrazné prvky 4 nezahrnuje. Dále je zde znázorněna podélná osa vozidla 11 a specifický vyzařovací směr 12, v tomto případě 45°, který takovým řešením není dostatečně nebo zcela pokryt světelnou signalizací.

Na obr. 10 j e znázorněno řešení ze známého stavu techniky které pro dosažení většího prostorového rozptylu světla využívá tzv. polštářkovou optiku 14 na povrchu krycího skla 13 signálového světla. Jednotlivé polštářky tedy mají fúnkci rozptylu světla, dochází zde tedy pouze k lomu světla.

Průmyslová využitelnost

Toto řešení se nej výhodněji uplatní u signálního světla směrového, u něhož jsou požadavky na úhlové pokrytí světlem o určitých intenzitách nejvyšší. Dále však může být vynález využit například u pozičního světla, světla denního svícení či brzdového světla, a to především u osobních či nákladních automobilů.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností zahrnující světelný zdroj (1), světlovod (2), filtr (3) a krycí sklo (13), kde světlovod (1) je podlouhlého tvaru, s částí povrchu opatřenou vyzařovací geometrií (6) a alespoň na jednom konci je světlovod (2) opatřen vstupní plochou pro příjem světelných paprsků emitovaných ze světelného zdroje (1), přičemž na světlovod (2) na straně protilehlé vůči vyzařovací geometrií (6) doléhá filtr (3) svou vstupní plochou filtru (3), vyznačující se tím, že je filtr (3) na straně protilehlé vůči vstupní ploše filtru opatřen vyzařovací plochou filtru (3) na níž jsou umístěny alespoň dva odrazné prvky (4), přičemž každý z těchto odrazných prvků (4) zahrnuje alespoň první plochu (7) a druhou plochu (8), kde první i druhá plocha (7, 8) na své první straně vystupuje z vyzařovací plochy filtru (3) a na své druhé straně je první plocha (7) s druhou plochou (8) spojena, přičemž alespoň část první plochy (7) je orientována vůči alespoň části druhé plochy (8) pod úhlem v rozmezí od 55° do 95°.
2. 2. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle nároku 1, vyznačující se tím, že první plocha (7) a/nebo druhá plocha (8) má tvar hyperbolický nebo tvar popsatelný pomocí polynomiálního rozvoje nebo rovinný nebo parabolický nebo sférický nebo libovolné kombinace těchto tvarů.
3. 3. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle nároku 1, vyznačující se tím, že první plocha (7) a/nebo druhá plocha (8) má tvar rovinný.
4. 4. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že filtr (3) tvoří spolu s odraznými prvky (4) jeden homogenní celek, který je vyroben z polykarbonátu, polymethylmethakrylátu, skla, cykloolefin kopolymeru nebo silikonu.
5. 5. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že materiál filtru (3) a odrazných prvků (4) je matný nebo mléčný.
6. 6. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je první plocha (7) opatřená vrstvou kovu.
7. 7. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je odrazný prvek orientován tak, že normála druhé plochy (8) svírá s podélnou osou (11) vozidla úhel v rozmezí od 10° do 60°, a to ve směru do středu vozidla.
8. 8. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že je odrazný prvek orientován tak, že normála druhé plochy (8) svírá s podélnou osou (11) vozidla úhel v rozmezí od 25° do 45°, a to ve směru do středu vozidla.
9. 9. Signální světlo vozidla se zvýšenou viditelností podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že jde o signální světlo směrové.