CZ307945B6 - Prostředek pro zajištění homogenity světelného svazku - Google Patents

Abstract

Světlovodicí prvek obsahující alespoň jeden kolimátor (1), alespoň jeden konstrukční prvek narušující homogenitu odrazové plochy a vnější plochu (6), přičemž kolimátor (1) je vytvořen ve světlovodicím prvku na straně opačné k vnější ploše (6) a obsahuje podstavu, plášť a otevřený konec, přičemž otevřený konec je uzpůsoben pro umístění světelného zdroje, kde plášť kolimátoru obsahuje povrchovou úpravu (2), přičemž povrchová úprava (2) je výstupek nebo prohlubeň, jež je uzpůsobena k lomu světla do požadovaného směru, přičemž konstrukční prvek je uchycovací klín (4) uzpůsobený k umístění uchycovacího čepu (5), přičemž uchycovací klín je umístěn na světlovodicím prvku na straně opačné k vnější ploše (6), přičemž uchycovací klín (4) je umístěn vedle kolimátoru (1).

Description

Vynález se týká prostředku pro zajištění homogenity svícení automobilových světel. Přesněji se jedná o modifikaci geometrie světlovodicího prvku, která zajišťuje rovnoměrné šíření světelného svazku.

Dosavadní stav techniky

Světlomety a další světelné komponenty automobilu musejí naplňovat nejen jejich funkční podstatu, ale zároveň jsou i designovým prvkem. V posledních letech se světelné lišty a podobné prvky, které doplňují klasické světlomety, značně rozšířily. Jedním z hlavních požadavků na světelný výstup z těchto světlovodicích prvků je světelná homogenita, tedy stejná intenzita světla po celé výstupní délce světlovodicího prvku.

Světelné lišty či podobné prvky jsou často úzké a dlouhé komponenty, které jsou v řadě případů vylisovány nebo jinak vyformovány z jednoho kusu polymemího materiálu. Takové komponenty jsou pak prosvíceny světelnými zdroji, jako jsou například LED diody, přičemž jejich povrchová úprava a celková geometrie způsobí v zásadě rovnoměrný rozptyl světla podél celé jejich délky.

Jedním ze skupiny těchto světelných prvků je vynález z dokumentu US 6170971. Vynález tvoří řada pravidelně rozmístěných světelných zdrojů, které jsou pevně připevněny k rámu. Světlo z každého zdroje prochází čočkou, přičemž každému zdroji světla přísluší jedna čočka. Čočka způsobí rozptyl světla do velkého prostorového úhlu. Rozptýlené světlo dopadá na vnější optický člen, kterým je lamela s modifikovaným povrchem, a je homogenně vyzářeno do prostora. Popsané řešení však obsahuje velké množství nezávislých dílů. Řady světel a čoček jsou umístěny na různých rámech, které tvoří lamely z polymemího materiálu. Vnější lamela je pak další nezávislá komponenta. Pro správnou funkci celého systému musejí být jednotlivé lamely pevně spojeny k sobě. Spojením prvků však nikdy nemůže dojít k takové stabilitě celého systému jako v případě, kdy je systém tvořen jedním kusem materiálu. S ohledem na to, že automobily jsou vystaveny neustálému působení vibrací, může dojít k únavě spojů systému a jeho následnému rozpadu. Další nevýhodou je pak nemožnost uchopení spojeného systému ze zadní strany. Uchycení je nutné realizovat z horní nebo spodní strany, což zvyšuje prostorové nároky na jeho uložení.

Výše zmíněné nároky na mechanickou stabilitu jsou vůbec důležitým aspektem, který musejí jednotlivé komponenty automobilu naplňovat. Vibrace od motoru či přenášené přes kola automobilu jsou neoddělitelnou součástí pohybu automobilu. Z tohoto důvodu procházejí komponenty náročnými mechanickými testy. Pro úspěšné absolvování mechanických testů a bezporuchovost při provozuje žádoucí, aby byly jednotlivé komponenty tvořeny z co nejmenšího počtu dílčích částí.

Dalším aspektem, na který je při vývoji a zavádění světelných komponent nutno dbát, je celková koncepce úchytných prvků. Umístění úchytných prvků jez podstaty nemožné na přední straně. Kvůli různému tvaru světelných prvků je nemožné standardizovat jejich uchycení na okrajích. Uchycení na bocích zase zvyšuje prostorové nároky na uložení těchto komponent a snižuje mechanickou odolnost prvku z důvodu nedostatečného počtu míst uchycení. Pro maximální efektivitu je proto vhodné umístit uchycení na zadní stranu světelných prvků. Toto umístění však přináší technický problém, neboť v zadní straně vzniká nehomogenita v materiálu a světlo šířící se od zdroje může být rozptýleno nežádoucím způsobem. Nežádoucí rozptyl světla v důsledku způsobuje vznik tmavých či přesvětlených míst v určitých částech světelných prvků. Jedním z možných řešení je zmenšení uchycovacích prvků tak, aby nezasahovaly do prostoru, kterým

- 1 CZ 307945 B6 prochází světelný tok. Zmenšením uchycovacích prvků však dochází k jejich nadměrnému namáhání a deformaci.

Příkladem řešení s nehomogenním rozptylem světla je vynález z dokumentu US 6783268. V tomto vynálezu obsahuje centrální rám (lamela) světelného prvku řadu optických čoček, které se pravidelně střídají s úchytnými členy. Do bezprostřední blízkosti optických čoček jsou umístěny zdroje světla. Světlo procházející obloukovou čočkou, která má navíc na straně odvrácené od zdroje světla výbrusy, je směřováno na vnější povrch lamely, kde je dále rozptýleno a vyzářeno do prostoru. Výbrusy na vnější straně čočky způsobují soustředění světelného kužele do víceméně dopředného směru, čímž je značně ovlivněna intenzita světla v různých místech na vnějším povrchu lamely. Jak lze vidět na obrázku 15 ve zmíněném dokumentu, v úhlu 20° od podélné osy zdroje světlaje intenzita vyzařovaného světla již pouhých 60 %. Takovýto pokles intenzity, respektive nerovnoměrný rozptyl světla, je však z estetických důvodů velmi nežádoucí.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry překonány předkládaným vynálezem světlo vodícího prvku, který obsahuje alespoň jeden kolimátor, odrazovou plochu a alespoň jeden konstrukční prvek narušující homogenitu odrazové plochy. Kolimátor obsahuje podstavu, plášť a otevřený konec. Význačným rysem předkládaného vynálezu je povrchová úprava na plášti kolimátoru.

Současně je konstrukční prvek vyroben jako uchycovací klín, který je uzpůsobený k umístění uchycovacího čepu.

Smyslem předkládaného vynálezu je to, že povrchová úprava je uzpůsobena k lomu světla do požadovaného směru. Povrchová úprava je vytvořena v místě, kde rovina symetrie kolimátoru a uchycovacího klínu protíná plášť kolimátoru.

Ve výhodném provedení má povrchová úprava trojúhelníkový profil, přičemž odvěsny trojúhelníkového profilu jsou úsečky a/nebo konkávní nebo konvexní křivky.

V dalším výhodném provedení je trojúhelníkový profil větší u podstavy kolimátoru než u otevřeného konce kolimátoru.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připoj ených výkresů.:

Na obrázku 1 je znázorněn chod světelných paprsků světelným prvkem.

Na obrázku 2 je znázorněn kolimátor s povrchovou úpravou.

Na obrázku 3 je znázorněno jiné provedení kolimátoru s povrchovou úpravou.

Na obrázku 4 je porovnání světelné homogenity světelného prvku s povrchovou úpravou se světelným prvkem bez povrchové úpravy.

Na obrázku 5 jsou znázorněny varianty profilu povrchové úpravy.

-2CZ 307945 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obrázku 1 je znázorněn světlovodicí prvek, který je vylisován nebo jinak vytvarován z jednoho kusu polymemího materiálu. Světlovodicí prvek obsahuje řadu kolimátorů 1, které se pravidelně střídají s řadou uchycovacích klínů 4. Kolimátory 1 i uchycovací klíny 4 jsou přístupny ze zadní strany světelného prvku.

Při montáži je světelný prvek nacvaknut na uchycovací čep 5 tak, že uchycovací čep 5 je zacvaknut do uchycovacího klínu 4. Při zacvaknutí světlovodicího prvku jsou navíc do blízkosti nebo do kolimátorů 1 vloženy/vsunuty zdroje světla.

Zdroj světla generuje světlo, které se šíří kolimátorem T Ze zdroje světla se světlo šíří rovnoměrně, přičemž možné směry šíření jsou vymezeny přibližně polokoulí, jejíž podstava je kolmá na zdroj světla. Světlo, které se šíří kolimátorem 1_ a skrze jeho stěny může být rozděleno do několika skupin. Tyto skupiny mohou být vybrány na základě geometrie kolimátorů 1. Kolimátor 1 má nejčastěji tvar válce a je tvořen podstavou, pláštěm a otevřeným koncem. Otevřený konec je místo určené pro vkládání zdroje světla do prostoru kolimátorů. V jiných výhodných provedeních může mít kolimátor tvar komolého kužele, komolého jehlanu, a podobně.

Válcová geometrie kolimátorů 1_ dává možnost rozdělit světelné svazky, které jsou generovány ve zdroji světla, na svazky, které prochází horní podstavou kolimátorů 1 (válce), a svazky, které dopadají na plášť kolimátorů 1_ (válce). Svazky, které procházejí horní podstavou kolimátorů i (válce), se šíří v přibližně dopředném směru. Horní podstava kolimátorů 1 je zpravidla kolmá na podélnou osu zdroje světla a nachází se zpravidla několik milimetrů od zdroje světla. Svazky, které dopadají na horní podstavu kolimátorů, se na rozhraní vzduch/polymemí materiál lámou a jsou rozptýleny do objemu polymemího materiálu (neboli lamely).

Drahá skupina světelných svazků, jsou svazky, které dopadají na plášť kolimátorů 1 (válce). Tyto svazky se obecně také lámou na rozhraní vzduch/polymemí materiál a jsou rozptýleny do objemu materiálu.

Speciální skupinou světelných svazků jsou takové světelné paprsky 3, které dopadají na plášť kolimátorů 1_ v místě, ve kterém rovina symetrie světlovodicího prvku protíná plášť. Tato rovina je dána podélnou a příčnou osou světelného prvku, přičemž podélná osa současně prochází celou řadou kolimátorů 1 a uchycovacích klínů 4 a příčná osa je přibližně osa kolimátorů 1, tj. osa válce. Ono místo, kterým procházejí světelné paprsky 3 je v zásadě místo vpolymemím materiálu, které je na přímce, respektive je určeno rovinou, která spojuje (prochází) středy vedle sebe umístěného kolimátorů 1 a uchycovacího klínu 4.

V dosavadním stavu techniky se světelné paprsky 3 dopadající na plášť kolimátorů 1 v popsaném místě lámou na rozhraní vzduch/polymemí materiál a jsou rozptýleny do objemu materiálu. Značná část těchto světelných paprsků 3 se však láme tak, že pokračují rovnoběžně s rozhraním polymemí materiál/vzduch, které je vymezeno uchycovacím klínem 4. Takovéto světelné paprsky 3 jsou vyvázány na vnější ploše 6 světelného prvku v místě podstatně vzdáleném od zdroje světla, kterým byly generovány. Nahodilost ve vyvažování těchto světelných paprsků 3 v dosavadních technických řešeních zapříčiňuje výslednou světelnou nehomogenitu světlovodicího prvku.

V předkládaném řešení je v místě, kde světelné paprsky 3 dopadají na plášť kolimátorů i ve výše popsaném místě (na spojnici kolimátorů 1_ a uchycovacího klínu 4) vytvořena povrchová úprava

2. Povrchovou úpravou 2 je myšlen výbrus, výlis či jinak vzniklý výstupek nebo prohlubeň přibližně trojúhelníkového profilu (další možná provedení jsou naznačena na obrázku 5). Povrchová úprava 2 je vytvořena po celé délce (výšce) pláště v popsaném místě, tj. místě kde

-3 CZ 307945 B6 rovina symetrie kolimátoru 1 protíná plášť. Ve výhodném provedení může být trojúhelníkový profil v blízkosti podstavy kolimátoru 1 větší nebo menší než na otevřeném konci.

Smyslem povrchové úpravy 2 pláště kolimátoru je změna úhlu dopadu světelných paprsků 3 dopadajících v tomto místě na plášť kolimátoru T Změnou úhlu dopadu na rozhraní vzduch/polymemí materiál v oblasti kolimátoru i je ovlivněno šíření světelných paprsků v objemu polymemího materiálu a v důsledku i úhel dopadu na rozhraní polymemí materiál/vzduch v oblasti uchycovacího klínu 4. Vlivem změny směru šíření světelných paprsků 3 dochází kjejich následnému odrazu na rozhraní polymemí materiál/vzduch. Po odrazu se světelné paprsky 3 šíří směrem, který je přibližně rovnoběžný s osou symetrie uchycovacího klínu 4, čímž dochází k jejich vyvázání na vnější ploše 6 přibližně v místě, kde osa symetrie uchycovacího klínu 4 protíná vnější plochu 6. Jak je vidno na obrázku 4, takovéto řešení, tj. povrchová úprava 2 pláště kolimátoru 1, vede k efektivnímu zajištění světelné homogenity vnější plochy 6 světelného prvku.

Obrázek 2 znázorňuje kolimátor 1 přibližně válcového tvaru. Vedle kolimátoru 1 je umístěn uchycovací klín 4, do kterého je vložen uchycovací čep 5. V místě, kde rovina symetrie soustavy kolimátor 1 - uchycovací klín 4 protíná plášť kolimátoru 1, je vytvořena povrchová úprava 2 pláště. Povrchová úprava 2 má trojúhelníkový profil. Profilem je myšlen řez kolmý na podélnou osu povrchové úpravy 2.

Obrázek 3 znázorňuje kolimátor 1 přibližně válcového tvaru. Vedle kolimátoru 1 je umístěn uchycovací klín 4, do kterého je vložen uchycovací čep 5. V místě, kde rovina symetrie soustavy kolimátor 1_ - uchycovací klín 4 protíná plášť kolimátoru 1, je vytvořena povrchová úprava 2 pláště. Povrchová úprava 2 má trojúhelníkový profil, přičemž trojúhelníkový profil je větší (tj. má větší obsah) u podstavy kolimátoru 1 než na otevřeném konci. Profilem je myšlen řez kolmý na podélnou osu povrchové úpravy 2.

Na obrázku 4 je porovnání světelné homogenity světelného prvky. V levé části obrázku je vertikálně umístěn světelný prvek ze stavu techniky, tj. prvek neobsahující povrchovou úpravu 6. V místě vyznačené bílou kružnicí je na světelném prvku zřetelně vidět světelná nehomogenita, která se projevuje lokálním poklesem intenzity vyvažovaného světla. Naproti tomu je v pravé části obrázku zobrazen stejný světelný prvek, který je ovšem vybaven povrchovou úprava 2. Porovnáním stejných míst světelných prvků je jednoznačné, že povrchová úprava 2 zásadně zvyšuje světelnou homogenitu.

Na obrázku 5 jsou znázorněny různé tvary trojúhelníkového profilu povrchové úpravy 2. Odvěsny trojúhelníku mohou být tvořeny dvěma úsečkami nebo dvěma konkávními či konvexními křivkami. V dalších provedeních mohou být tvary odvěsen kombinovány či mohou být vyrobeny jako jiné geometrické tvary.

Uvedená provedení netvoří vyčerpávající soubor všech technicky možných provedení. Odborníkovi znalého dané oblasti techniky budou zřejmé další provedení předkládaného vynálezu, a to zejména lišící se v umístění nebo tvaru povrchové úpravy. Avšak všechna tato řešení budou mít bezesporu technický (a myšlenkový) podklad v tomto předkládaném technickém řešení.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (6)

1. Světlovodicí prvek obsahující alespoň jeden kolimátor (1), alespoň jeden konstrukční prvek narušující homogenitu odrazové plochy a vnější plochu (6), přičemž kolimátor (1) je vytvořen ve světlo vodicím prvku na straně opačné k vnější ploše (6) a obsahuje podstavu, plášť a otevřený konec, přičemž otevřený konec je uzpůsoben pro umístění světelného zdroje, vyznačující se tím,

-4CZ 307945 B6 že plášť kolimátoru obsahuje povrchovou úpravu (2), přičemž povrchová úprava (2) je výstupek nebo prohlubeň, jež je uzpůsobena k lomu světla do požadovaného směru, přičemž konstrukční prvek je uchycovací klín (4) uzpůsobený k umístění uchycovacího čepu (5), přičemž uchycovací klín (4) je umístěn na světlovodicím prvku na straně opačné k vnější ploše (6), přičemž

5 uchycovací klín (4) je umístěn vedle kolimátoru (1).

2. Světlovodicí prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že povrchová úprava (2) je vytvořena v místě, kde rovina symetrie kolimátoru (1) a uchycovacího klínu (4) protíná plášť kolimátoru (1).

3. Světlovodicí prvek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že povrchová úprava (2) má trojúhelníkový profil.

4. Světlovodicí prvek podle nároku 3, vyznačující se tím, že odvěsny trojúhelníkového profilu 15 jsou přímky a/nebo konkávní nebo konvexní křivky.

5. Světlovodicí prvek podle kteréhokoliv z nároků 3 a 4, vyznačující se tím, že trojúhelníkový profil je větší u podstavy kolimátoru (1) než u otevřeného konce kolimátoru (1).

3 výkresy

Seznam vztahových značek

1 Kolimátor

2 Povrchová úprava

3 Světelné paprsky

4 Uchycovací klín

5 Uchycovací čep

6 Vnější plocha