CZ310539B6 - Optický prvek pro automobilovou svítilnu - Google Patents

Abstract

Optický prvek pro automobilovou svítilnu, obsahující světlovod (6) a odrazový výstupek (7), dále obsahuje vstupní plochu (2), kolimační plochu (3), dvojici prvních odrazových ploch (4) a dvojici druhých odrazových ploch (5). Kolimační plocha (3) je uzpůsobená pro usměrnění světla vstupujícího do optického prvku. Část světla je na kolimační ploše (3) odražena podél optické osy (14) světlovodu (6) přímo na výstupní plochu (8) a části světla je odražena podél optické osy (14) světlovodu (6) na dvojici prvních odrazových ploch (4). Každá odrazová plocha z dvojice prvních odrazových ploch (4) je uzpůsobená pro odraz světla z kolimační plochy (3) k jedné druhé odrazové ploše (5) a každá z dvojice druhých odrazových ploch (5) je uzpůsobená pro odraz světla z příslušné první odrazové plochy (4) na výstupní plochu (8). Světlovod (6) a odrazový výstupek (7) jsou vyrobeny z jednoho bloku materiálu.

Description

Optický prvek pro automobilovou svítilnu

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká svítilen do automobilů. Konkrétně se týká tvaru a umístění kolimačních a odrazových ploch.

Dosavadní stav techniky

V současném stavu techniky je u svítilen do automobilů obvykle vyžadována co největší intenzita a homogenita vyzařovaného světla. Tyto požadavky jsou standardně zajišťovány systémem kolimační plochy a odrazových ploch. Při postupu světelných paprsků skrz tělo světlovodu však dochází k rozptylu světla, odrazům na stěnách světlovodu a následným ztrátám intenzity i homogenity osvětlení. Použití více zdrojů světla pro zajištění požadovaných parametrů je nákladné a konstrukčně nevýhodné.

Dokument EP 4206524 A1 popisuje optický systém, který obsahuje zdroj světla a zakřivené reflexní plochy. Paprsky světla se na první a druhé reflexní ploše odrážejí ve vzájemně kolmém směru. Zakřivení reflexních ploch způsobuje, že výstupní paprsky jsou vzájemně přibližně rovnoběžné. Z důvodu uspořádání reflexních ploch má však toto řešení vysoké prostorové a konstrukční nároky. Na výstupu také dochází ke koncentraci světelných paprsků ve středu svítilny. Bylo by proto vhodné přijít s řešením, při kterém nedochází k omezení homogenity osvětlení a je také zachována intenzita osvětlení.

Podstata vynálezu

Nedostatky řešení známých ze stavu techniky do jisté míry odstraňuje optický prvek pro automobilovou svítilnu, který obsahuje světlovod a odrazový výstupek pevně připojený ke světlovodu. Optický prvek dále obsahuje vstupní plochu pro vstup světla ze zdroje světla a výstupní plochu pro výstup světla z optického prvku. Vstupní plocha se nachází na odrazovém výstupku a výstupní plocha se nachází na světlovodu. Optická osa světlovodu protíná výstupní plochu. Dále optický prvek zahrnuje kolimační plochu pro usměrnění světla vstupujícího do optického prvku, přičemž kolimační plocha se nachází na odrazovém výstupku a optická osa světlovodu protíná kolimační plochu.

Optický prvek dále obsahuje dvojici prvních odrazových ploch a dvojici druhých odrazových ploch, přičemž dvojice prvních odrazových ploch se nachází na odrazovém výstupku a dvojice druhých odrazových ploch se nachází na světlovodu. Vstupní plocha pro vstup světla se nachází mezi kolimační plochou a dvojicí prvních odrazových ploch. Kolimační plocha je uzpůsobená pro odraz části světla podél optické osy světlovodu přímo na výstupní plochu a pro odraz části světla podél optické osy světlovodu na dvojici prvních odrazových ploch. Každá první odrazová plocha je uzpůsobená pro odraz z kolimační plochy k jedné druhé odrazové ploše a každá druhá odrazová plocha je uzpůsobená pro odraz světla z příslušné první odrazové plochy na výstupní plochu. Světlovod a odrazový výstupek jsou vyrobeny z jednoho bloku (tedy jednoho kusu) materiálu.

Odrazový výstupek může být ke světlovodu připojen jakoukoliv částí svého vnějšího povrchu. Světlovod je s odrazovým výstupkem spojen jakoukoliv svou částí - stěnou, hranou, oblým zakončením apod. Výhodně může být rovná stěna odrazového výstupku spojena s rovnou stěnou světlovodu. Odrazový výstupek je uzpůsoben ke vstupu světelných paprsků ze zdroje světla, usměrnění těchto světelných paprsků a k jejich nasměrování do světlovodu. V odrazovém výstupku se mohou výhodně nacházet další optické prvky, např. odrazové plochy, čočky apod.

- 1 CZ 310539 B6

Odrazový výstupek může být vyroben z materiálu běžného pro výrobu svítilen do automobilů, např. z tvrzeného plastu, odrazový výstupek je vyroben ze stejného materiálu jako světlovod.

Součástí odrazového výstupku je kolimační plocha uzpůsobená pro směřování světelných paprsků do světlovodu. Kolimační plocha je orientovaná a tvarovaná pro usměrnění rozbíhavých světelných paprsků ze zdroje světla na rovnoběžné - kolimované - světelné paprsky. Může být umístěna v kterémkoliv místě těla odrazového výstupku, výhodně je kolimační plocha zároveň jednou stěnou odrazového výstupku. Při výrobě optického prvku tak není nutné separátně konstruovat kolimační plochu a poté ji instalovat do optického prvku, kolimační plocha je vyrobena v rámci výroby odrazového výstupku. Kolimační plocha může být tvořena vrstvou odrazivého materiálu naneseného na podkladovou plochu. Odrazivým materiálem může být tenká vrstva kovu, např. hliníku, chromu, stříbra apod. Kolimační plocha může mít tvar např. plochý, zaoblený, tvar paraboloidu apod.

Světlovod je součást optického prvku určená k vedení světelných paprsků směrem k výstupní ploše. Světlovod může mít jakýkoliv tvar vhodný pro instalaci do automobilu. Výstupní plocha na světlovodu může být výhodně venkovní pohledovou plochou automobilové svítilny.

Tělem světlovodu prochází optická osa světlovodu. Optická osa světlovodu protíná výstupní plochu a kolimační plochu, což znamená, že výstupní plocha a kolimační plocha se nachází naproti sobě.

Součástí odrazového výstupku je vstupní plocha, kudy do optického prvku vstupují světelné paprsky ze zdroje světla. Na vstupní ploše dochází k lomu světelných paprsků směrem ke kolimační ploše. Vstupní plocha je součástí odrazového výstupku a je výhodně vyrobena ze stejného materiálu jako odrazový výstupek. Vstupní plocha se nachází mezi dvojicí prvních odrazových ploch a kolimační plochou, výhodně je vstupní plocha spodní stěnou odrazového výstupku.

Vstupní plocha může vést podél optické osy světlovodu. Vstupní plocha např. může být s kolimační plochou prakticky rovnoběžná, může svírat úhel v rozmezí od alespoň 1° do alespoň 179°, výhodně svírá vstupní plocha s kolimační plochou úhel 60°.

Součástí optického prvku je dále dvojice prvních odrazových ploch a dvojice druhých odrazových ploch. Dvojice prvních odrazových ploch se nachází na odrazovém výstupku, dvojice druhých odrazových ploch se nachází na světlovodu. Odrazové plochy v optickém prvku jsou uzpůsobené pro efektivnější směřování světelných paprsků z kolimační plochy na výstupní plochu. Mohou mít tvar např. paraboloidu, dutého zrcadla nebo mohou být ploché. Odrazové plochy mohou být vyrobeny např. nanesením tenké vrstvy kovového materiálu na podkladový materiál. Kovovým materiálem může být např. hliník, chrom, stříbro apod., podkladovým materiálem může být např. skleněná destička, vrstvička tvrzeného plastu apod. Výhodně je podkladový materiál stejný jako ta část optického prvku, na které se kovový materiál nachází. Ještě výhodněji je kovový materiál nanesen přímo na část optického prvku - zde odrazový výstupek nebo světlovod. Nanesením odrazivé kovové vrstvy přímo na tělo odrazového výstupku nebo světlovodu jsou sníženy konstrukční nároky při výrobě optického prvku.

Světelné paprsky jsou při dopadu na kolimační plochu rozděleny na hlavní paprsek světla a vedlejší paprsek světla. Všechny světelné paprsky jsou z kolimační plochy odražené podél optické osy světlovodu. Hlavní paprsek světla je z kolimační plochy odražen směrem do světlovodu a vyzářen přímo ven z optického prvku přes výstupní plochu. Vedlejší paprsky světla jsou z kolimační plochy odraženy na první dvojici odrazových ploch. Vedlejší světelný paprsek je na každé odrazové ploše z dvojice prvních odrazových ploch odražen směrem k jedné odrazové ploše z dvojice druhých odrazových ploch. Každá odrazová plocha z dvojice druhých

- 2 CZ 310539 B6 odrazových ploch odráží vedlejší světelný paprsek směrem do světlovodu a ven z optického prvku přes výstupní plochu.

Při průchodu světelných paprsků optickým prvkem je s výhodou využito trojnásobného odrazu přes kolimační plochu, první dvojici odrazových ploch a druhou dvojici odrazových ploch. Bez použití dvojic odrazových ploch dochází k rozptylu světelných paprsků a následnému snížení intenzity výsledného světelného záření. Použitím větší kolimační plochy dochází k rozdělení světelných paprsků na hlavní paprsek světla odražený z jedné poloviny kolimační plochy a na vedlejší paprsky světla odražené z druhé poloviny kolimační plochy. Usměrněním vedlejších paprsků světla na zmíněné odrazové plochy je zpracováno prakticky všechno světlo ze zdroje světla, nedochází tedy ke ztrátám.

Světlovod a odrazový výstupek jsou vyrobeny z jednoho bloku materiálu, takže celý optický prvek je vyrobený z jednoho kusu materiálu. Při výrobě optického prvku a instalaci do automobilu je tím snížen počet výrobních kroků a klesá konstrukční i finanční náročnost. Výroba optického prvku a jeho zasazení do automobilu tak klade nižší prostorové a konstrukční nároky než řešení známá ze stavu techniky.

Uzpůsobení ploch v tomto vynálezu je výhodně dáno zejména tvarem a orientací těchto ploch, a případně navíc i jejich umístěním vůči jiným plochám či dalším optickým prvkům (zejména zdroji světla). Konkrétní geometrickou realizaci ploch lze získat například optickým simulačním softwarem známým odborníkům v oboru. Konkrétní podoby těchto ploch, kterých může odborník v oboru na základě této přihlášky vytvořit řadu, jsou ovlivněné požadovanou aplikací optického prvku, jeho materiálem, prostorovými nároky, umístěním zdroje světla, parametry zdroje světla (např. vlnová délka světla, vyzařovací úhel apod.) a případně dalšími faktory podle uvážení odborníka.

Odrazové plochy ve dvojici prvních odrazových ploch můžou mít výhodně alespoň jednu společnou hranu. Individuální hrana každé odrazové plochy z dvojice prvních odrazových ploch se nachází naproti společné hraně dvojice prvních odrazových ploch. Při pohledu z boku optického prvku se výhodně individuální hrany odrazových ploch z dvojice prvních odrazových ploch nachází blíže výstupní ploše než společná hrana dvojice prvních odrazových ploch. Odrazové plochy ve dvojici prvních odrazových ploch svírají se vstupní plochou výhodně tupý úhel. Dvojice odrazových ploch tak při pohledu na optický prvek seshora ve směru kolmo na optickou osu světlovodu výhodně tvoří trojúhelník, který svým vrcholem směřuje ke kolimační ploše. Světelné paprsky usměrněné kolimační plochou tak v tomto výhodném uspořádání jsou směřovány buď přímo na výstupní plochu nebo na první dvojici odrazových ploch. Výrazně je tak snížená ztráta světelného záření způsobená rozptylem světelných paprsků.

Odrazové plochy ve dvojici druhých odrazových ploch se výhodně můžou nacházet na světlovodu na straně protilehlé k výstupní ploše, vedle kolimační plochy. Při pohledu podél optické osy světlovodu se tedy každá odrazová plocha z dvojice druhých odrazových ploch výhodně nachází zleva a zprava vedle kolimační plochy, naproti výstupní ploše. Touto výhodnou konstrukcí je zajištěn odraz světelných paprsků přes dvojice odrazových ploch při zachování kompaktních rozměrů optického prvku.

Všechny plochy v optickém prvku uzpůsobené pro odraz světla - kolimační plocha, dvojice prvních odrazových ploch, dvojice druhých odrazových ploch - můžou být výhodně tvarované a orientované pro odraz světelných paprsků pomocí totálního odrazu. To znamená, že prakticky všechny světelné paprsky, které dopadnou na kolimační plochu, jsou rozděleny na hlavní paprsek světla a vedlejší paprsek světla a prakticky všechny paprsky jsou odraženy - hlavní paprsek světla rovnou na výstupní plochu, vedlejší paprsky světla na dvojici prvních odrazových ploch. Prakticky celý svazek vedlejšího paprsku světla, který dopadne na dvojici prvních odrazových ploch, je odražen na dvojici druhých odrazových ploch a prakticky celý svazek vedlejšího

- 3 CZ 310539 B6 paprsku světla dopadající na dvojici druhých odrazových ploch, je odražen na výstupní plochu. To znamená, že výhodně pouze minimum paprsků je rozptýleno mimo odrazové plochy.

Odrazové plochy v optickém prvku můžou mít výhodně tvar čtyřúhelníků a zároveň tělo světlovodu při pohledu podél optické osy světlovodu může mít výhodně také tvar čtyřúhelníku. Odrazové plochy ve dvojici prvních odrazových ploch i ve dvojici druhých odrazových ploch mají výhodně plochý tvar. Výhodně je obsah jedné odrazové plochy z dvojice prvních odrazových ploch stejný jako obsah příslušné odrazové plochy z dvojice druhých odrazových ploch. Čtyřúhelníkovým tvarem odrazových ploch i těla světlovodu, vzájemnou polohou odrazových ploch a souběžným využitím totálního odrazu na odrazových plochách je výhodně dosaženo nižšího rozptylu světelných paprsků mimo odrazové plochy než v řešeních známých ze stavu techniky. Při nižším rozptylu světelných paprsků dochází k nižším ztrátám intenzity světelného záření, a menšímu narušení homogenity osvětlení a výstupní plocha světlovodu je tedy rovnoměrněji nasvícena i s využitím jednoho zdroje světla.

Šířka těla světlovodu měřená v horizontálním směru kolmo na optickou osu světlovodu může mít výhodně stejnou šířku jako součet šířky kolimační plochy a dvojice druhých odrazových ploch. To znamená, že každá odrazová plocha z dvojice druhých odrazových ploch může při pohledu podél optické osy světlovodu výhodně přiléhat jednou boční stranou ke kolimační ploše. Protilehlá boční strana příslušné odrazové plochy pak při tomtéž pohledu může tvořit boční hranu světlovodu. Svazek paprsků odražených na kolimační ploše přímo do světlovodu je pak tedy zleva i zprava obklopen svazky paprsků z druhých odrazových ploch, a tento trojitý svazek paprsků vstupuje do světlovodu a je jím veden k výstupní ploše. Výsledné světelné záření je tedy rovnoměrně rozprostřeno prakticky po celé výstupní ploše. Šířka těla světlovodu udává i celkovou šířku optického prvku.

Výška těla světlovodu měřená kolmo na optickou osu světlovodu ve svislém směru může být výhodně shodná jako výška jedné odrazové plochy z dvojice druhých odrazových ploch. To znamená, že při pohledu podél optické osy světlovodu může horní strana a dolní strana dvojice druhých odrazových ploch tvořit horní a dolní hranu světlovodu.

Výška kolimační plochy může být výhodně shodná jako součet výšky jedné odrazové plochy z dvojice prvních odrazových ploch a výšky jedné odrazové plochy z dvojice druhých odrazových ploch. Dvojice prvních odrazových ploch se nachází na odrazovém výstupku a dvojice druhých odrazových ploch se nachází na světlovodu. Při výhodné konstrukci, kdy součet výšky odrazových ploch je roven výšce kolimační plochy, zároveň tento součet výšek určuje i celkovou výšku optického prvku.

Optická osa světlovodu prochází tělem světlovodu a protíná výstupní plochu a kolimační plochu. Výhodně může optická osa světlovodu procházet mezi dvojicí druhých odrazových ploch. To znamená, že výhodně se dvojice druhých odrazových ploch může nacházet naproti výstupní ploše.

Při konstrukci světlovodu můžou být výhodně vrchní, boční i spodní stěny světlovodu hladké. Výhodně je tak snížen další nežádoucí rozptyl světelných paprsků s ním spojená ztráta intenzity a homogenity záření. Hladké stěny neobsahují vyvazovací prvky, takže světlo je světlovodem vedeno podél optické osy světlovodu až k výstupní ploše a skrze ni naprostá většina světla vystupuje ze světlovodu. Optický prvek tedy světlo vyzařuje v jednom směru.

Optický prvek pro automobilovou svítilnu může být výhodně konstruován tak, že všechny výše zmíněné konstrukční prvky obsahuje alespoň dvakrát: může obsahovat alespoň druhý světlovod a alespoň druhý odrazový výstupek pevně připojený ke druhému světlovodu, dále obsahuje druhou vstupní plochu pro vstup světla z druhého zdroje světla a druhou výstupní plochu pro výstup světla z optického prvku. Druhá vstupní plocha se v tomto případě nachází na druhém odrazovém výstupku a druhá výstupní plocha se nachází na druhém světlovodu, druhá

- 4 CZ 310539 B6 optická osa druhého světlovodu protíná druhou výstupní plochu. Optický prvek může zahrnovat druhou kolimační plochu pro usměrnění světla vstupujícího do optického prvku, přičemž druhá kolimační plocha se nachází na druhém odrazovém výstupku a druhá optická osa druhého světlovodu protíná druhou kolimační plochu. Optický prvek může dále obsahovat druhou dvojici prvních odrazových ploch a druhou dvojici druhých odrazových ploch, přičemž druhá dvojice prvních odrazových ploch se nachází na druhém odrazovém výstupku a druhá dvojice druhých odrazových ploch se nachází na druhém světlovodu. Druhá vstupní plocha pro vstup světla se nachází mezi druhou kolimační plochou a druhou dvojicí prvních odrazových ploch.

Druhá kolimační plocha je uzpůsobená pro odraz části světla podél druhé optické osy druhého světlovodu přímo na druhou výstupní plochu a pro odraz části světla podél druhé optické osy druhého světlovodu na druhou dvojici prvních odrazových ploch. Každá druhá odrazová plocha z druhé dvojice prvních odrazových ploch je uzpůsobená pro odraz světla z druhé kolimační plochy k jedné odrazové ploše z druhé dvojice druhých odrazových ploch a každá z druhé dvojice druhých odrazových ploch je uzpůsobená pro odraz světla z příslušné první odrazové plochy na druhou výstupní plochu.

Druhý světlovod a druhý odrazový výstupek můžou být výhodně vyrobeny ze stejného bloku materiálu jako první světlovod a první odrazový výstupek.

Optický prvek může být výhodně konstruován ze dvou a více dvojic světlovod a odrazový výstupek. Každá dvojice světlovod a výstupek může zahrnovat výhodné znaky popisované výše. Výstupní plochy všech světlovodů výhodně míří jedním směrem a tvoří jednolitou společnou výstupní stěnu. Vstupní plochy těchto dvojic jsou výhodně v jedné rovině.

Při této konstrukci boční stěny krajních světlovodů tvoří krajní stěny celého optického prvku. Jednotlivé světlovody jsou výhodně vyrobeny z jednolitého kusu materiálu, tedy mezi sebou nemají žádnou hranici. Celý optický prvek z jednotlivých dvojic světlovod a odrazový výstupek je pak výhodně tvořen z jednoho bloku materiálu.

Při této výhodné konstrukci je světlo z více zdrojů světla zpracováno jediným kusem materiálu. Výrazně se tak snižují konstrukční a finanční nároky při výrobě celého světlometu. Instalace takto kompaktního optického prvku je jednodušší a umožňuje další snížení nákladů. Při této konstrukci je nadále zachována intenzita světelného záření ze zdroje a využitím společné výstupní plochy je dosaženo rovnoměrného osvícení.

Výše zmíněné výhodné konstrukční znaky - čtyřúhelníkový tvar odrazových ploch, šířka optického prvku odpovídající součtu šířek kolimační plochy a dvojice druhých odrazových ploch, výška optického prvku odpovídající výšce kolimační plochy - přispívají k celkové kompaktnosti optického prvku. Výrazně se tím snižují výrobní a instalační nároky při konstrukci optického prvku a usazení do automobilu. Kombinací konstrukčních znaků s využitím totálního odrazu je dosaženo vyššího zachování intenzity světelného záření a je zvýšena rovnoměrnost výsledného světelného záření.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, ve kterých je na:

obr. 1 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu, přičemž na obr. 1a jsou vyznačeny plochy a na obr. 1b jsou vyznačeny světelné paprsky;

obr. 2 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu při pohledu seshora s vyznačenými odrazovými plochami;

- 5 CZ 310539 B6 obr. 3 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu při pohledu zespodu s vyznačenými odrazovými plochami;

obr. 4 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu při pohledu přímo z profilu s vyznačenými odrazovými plochami;

obr. 5 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu při pohledu přímo z profilu s vyznačenými skrytými hranami a světelnými paprsky;

obr. 6 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu při pohledu zespodu s vyznačenými plochami;

obr. 7 schematicky znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu s naznačeným rozdělením na světlovod a odrazový výstupek;

obr. 8 znázorněn graf homogenity osvícení výstupní plochy u svítilny známé ze stavu techniky;

obr. 9 znázorněn graf homogenity osvícení výstupní plochy u předkládaného vynálezu; a obr. 10 znázorněn optický prvek pro automobilovou svítilnu s druhým světlovodem a druhým odrazovým výstupkem.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné připojené výkresy.

První příkladné provedení vynálezu - optického prvku pro automobilovou svítilnu - je znázorněno na obr. 1 až 7. Optický prvek pro automobilovou svítilnu zahrnuje světlovod 6 a odrazový výstupek 7. V prvním příkladném provedení se na odrazovém výstupku 7 nachází vstupní plocha 2 pro vstup světla, kolimační plocha 3 pro usměrnění světelných paprsků a dvojice prvních odrazových ploch 4 pro odraz světla z kolimační plochy 3 na dvojici druhých odrazových ploch 5. Na světlovodu 6 se v prvním příkladném provedení nachází výstupní plocha 8 pro výstup světla a dvojice druhých odrazových ploch 5 pro odraz světla z dvojice prvních odrazových ploch 4 na výstupní plochu 8.

Optická osa 14 světlovodu 6 protíná výstupní plochu 8, vede mezi dvojici druhých odrazových ploch 5 a protíná kolimační plochu 3. Výstupní plocha 8 a kolimační plocha 3 jsou v prvním příkladném provedení umístěny naproti sobě. Vstupní plocha 2 v prvním příkladném provedení vede podél optické osy 14 světlovodu 6 a nachází se mezi kolimační plochou 3 a dvojicí prvních odrazových ploch 4. V prvním příkladném provedení světelné paprsky ze zdroje 1 světla projdou vstupní plochou 2 v místě 13 vstupu do optického prvku, kde se lámou směrem ke kolimační ploše 3. Z kolimační plochy 3 je část paprsků odražena na výstupní plochu 8, část paprsků je odražena na dvojici prvních odrazových ploch 4. Z dvojice prvních odrazových ploch 4 jsou světelné paprsky odraženy na dvojici druhých odrazových ploch 5 a odtud směrem na výstupní plochu 8. Světlovod 6 a odrazový výstupek 7 jsou vyrobeny z jednoho kusu materiálu. Schematické vyobrazení obou částí optického prvku - světlovodu 6 a odrazového výstupku 7 - je znázorněno na obr. 7.

V prvním příkladném provedení má světlovod 6 tvar kvádru rozšířeného v horizontálním směru s jednou zkosenou stěnou. Při pohledu z boku má optický prvek tvar pravoúhlého lichoběžníku a odrazový výstupek 7 je v prvním příkladném provedení připojen částečně ke zkosené stěně světlovodu 6 a částečně ke spodní ploše světlovodu 6. Při této konstrukci se vstupní plocha 2

- 6 CZ 310539 B6 nachází na spodní straně odrazového výstupku 7 a je rovnoběžná s optickou osou 14 světlovodu 6. Výstupní plocha 8 se nachází na světlovodu 6 na protilehlé straně proti odrazovému výstupku 7.

Roviny, ve kterých se nachází vstupní plocha 2 a výstupní plocha 8, jsou navzájem kolmé. V prvním příkladném provedení je světlovod 6 vyroben z tvrzeného plastu. Výstupní plocha 8 je součástí těla světlovodu 6 a definuje krajní stěnu, protilehlou ke zkosené stěně.

V odrazovém výstupku 7 se v prvním příkladném provedení nachází kolimační plocha 3 a dvojice prvních odrazových ploch 4 a odrazový výstupek 7 je vyroben z tvrzeného plastu. Vstupní plocha 2 je součástí těla odrazového výstupku 7 a definuje jeho spodní plochu. Světelné paprsky se na vstupní ploše 2 lámou směrem ke kolimační ploše 3. Vstupní plocha 2 a kolimační plocha 3 spolu v prvním příkladném provedení svírají úhel 60°.

V prvním příkladném provedení horní polovina kolimační plochy 3 odráží část světelných paprsků přímo do světlovodu 6 na výstupní plochu 8 a dolní polovina kolimační plochy 3 odráží část světelných paprsků na první dvojici odrazových ploch 4. Kolimační plocha 3 se v prvním příkladném provedení nachází na odrazovém výstupku 7 na protilehlé stěně ke společné stěně se světlovodem 6 a má tvar paraboloidu. Při pohledu z boku na optický prvek má kolimační plocha 3 tvar paraboly. Dolní polovina kolimační plochy 3 se nachází pod úrovní spodní plochy světlovodu 6. Kolimační plocha 3 je v prvním příkladném provedení součástí těla odrazového výstupku 7, definuje jeho krajní stěnu.

Optický prvek obsahuje dvojici prvních odrazových ploch 4 a dvojici druhých odrazových ploch 5. V prvním příkladném provedení se dvojice prvních odrazových ploch 4 nachází na odrazovém výstupku 7. Při pohledu z boku na optický prvek každá odrazová plocha z dvojice prvních odrazových ploch 4 svírá úhel 120° se vstupní plochou 2 na spodní straně odrazového výstupku 7. Vstupní plocha 2 pro vstup světla se tedy v prvním příkladném provedení nachází mezi dvojicí prvních odrazových ploch 4 a dolní polovinou kolimační plochy 3.

V prvním příkladném provedení mají odrazové plochy ve dvojici prvních odrazových ploch 4 společnou hranu 11. Při pohledu seshora na optický prvek tvoří trojúhelník, který svým vrcholem směřuje ke kolimační ploše 3. Individuální hrany jsou protilehlé ke společné hraně 11 a směřují k bočním stěnám světlovodu 6. Při pohledu z boku na optický prvek je společná hrana 11 dvojice prvních odrazových ploch 4 více vzdálená od výstupní plochy 8 než individuální hrany odrazových ploch ve dvojici prvních odrazových ploch 4. Výška odrazových ploch ve dvojici prvních odrazových ploch 4 je měřena ve svislém směru kolmo na optickou osu 14 světlovodu 6.

Dvojice druhých odrazových ploch 5 se v prvním příkladném provedení nachází na zkosené stěně světlovodu 6. Z každé strany kolimační plochy 3 se nachází jedna druhá odrazová plocha 5. Optická osa 14 světlovodu 6 prochází mezi dvojicí druhých odrazových ploch 5. Jedna boční strana každé odrazové plochy ve dvojici druhých odrazových ploch 5 přiléhá z boku k horní polovině kolimační plochy 3. Protilehlá strana každé odrazové plochy ve dvojici druhých odrazových ploch 5 je zároveň krajní hranou světlovodu 6. Horní a spodní strana odrazových ploch je v prvním příkladném provedení zároveň horní a spodní hranou světlovodu 6. Výška odrazových ploch ve dvojici druhých odrazových ploch 5 je měřena ve svislém směru kolmo na optickou osu 14 světlovodu 6.

Při konstrukci dle prvního příkladného provedení součet šířky kolimační plochy 3 a šířek obou odrazových ploch ve dvojici druhých odrazových ploch 5 definuje šířku světlovodu 6 a tím i šířku celého optického prvku měřenou v horizontálním směru kolmo na optickou osu 14 světlovodu 6. Výška optického prvku 6 je v prvním příkladném provedení určena součtem výšky jedné odrazové plochy z první dvojice odrazových ploch 4 a výšky jedné odrazové plochy z dvojice druhých odrazových ploch 5. Výška optického prvku 6 je shodná s výškou kolimační

- 7 CZ 310539 B6 plochy 3 měřené ve svislém směru kolmo na optickou osu 14 světlovodu 6. Znázornění dvojic odrazových ploch je schematicky zobrazeno na obr. 2 až 4.

Odrazové plochy v prvním příkladném provedení vynálezu mají tvar čtyřúhelníku a jsou ploché. Obsah jednotlivých odrazových ploch ve dvojici prvních odrazových ploch 4 je stejný jako obsah jednotlivých odrazových ploch ve dvojici druhých odrazových ploch 5. V prvním příkladném provedení jsou odrazové plochy součástí těla optického prvku a jsou tedy ze stejného materiálu. V případě dvojice prvních odrazových ploch 4 jsou součástí odrazového výstupku 7, v případě dvojice druhých odrazových ploch 5 jsou součástí světlovodu 6.

V prvním příkladném provedení jsou všechny plochy, které odráží světlo - kolimační plocha 3, dvojice prvních odrazových ploch 4, dvojice druhých odrazových ploch 5 - uzpůsobené pro odraz světelných paprsků pomocí totálního odrazu 12. Prakticky všechny světelné paprsky, které dopadnou na kolimační plochu 3, jsou rozděleny na hlavní paprsek 9 světla a vedlejší paprsky 10 světla a jsou usměrněny podél optické osy 14 světlovodu 6. Prakticky všechny světelné paprsky jsou poté z dvojice prvních odrazových ploch 4 odraženy na dvojici druhých odrazových ploch 5 a prakticky všechny světelné paprsky jsou z dvojice druhých odrazových ploch 5 odraženy na výstupní plochu 8.

V prvním příkladném provedení je zdrojem 1 světla světelná dioda - LED. Světelné paprsky v prvním příkladném provedení vstupují do optického prvku přes vstupní plochu 2 na odrazovém výstupku 7. Na vstupní ploše 2 se světelné paprsky lámou směrem na kolimační plochu 3 v místě 13 vstupu do optického prvku, odkud jsou usměrněny podél optické osy 14 světlovodu 6. Při odrazu světelných paprsků horní polovinou kolimační plochy 3 je vytvořen hlavní paprsek 9 světla a ten je totálním odrazem 12 usměrněn přímo na výstupní plochu 8. Hlavní paprsek 9 světla je vyzářen prakticky uprostřed výstupní plochy 8. Při odrazu světelných paprsků dolní polovinou kolimační plochy 3 jsou vytvořeny dva boční vedlejší paprsky 10 světla a ty jsou totálním odrazem 12 usměrněny každý na jednu odrazovou plochu z dvojice prvních odrazových ploch 4. Na dvojici prvních odrazových ploch 4 jsou světelné paprsky pomocí totálního odrazu 12 směrovány na dvojici druhých odrazových ploch 5. Každá odrazová plocha ve dvojici druhých odrazových ploch 5 totálním odrazem 12 směřuje světelné paprsky na výstupní plochu 8.

V prvním příkladném provedení vynálezu je dvojice druhých odrazových ploch 5 umístěna zleva a zprava vedle kolimační plochy 3. Vzhledem k této konstrukci jsou vedlejší paprsky 10 světla z dvojice druhých odrazových ploch 5 směřovány do bočních částí výstupní plochy 8, zleva a zprava vedle hlavního paprsku 9 světla. Výstupní plocha 8 je tak nasvícena rovnoměrně po celé své ploše a výsledné světelné záření je rovnoměrné. Schematické vyobrazení postupu světelných paprsků přes optický prvek je znázorněno na obr. 1b a obr. 5.

V prvním příkladném provedení je odrazový výstupek 7 i světlovod 6 vyroben z tvrzeného plastu z jednoho bloku materiálu. Stěny světlovodu 6 jsou v prvním příkladném provedení hladké, světelné paprsky jsou vedeny tělem světlovodu 6 bez přerušení nebo rozptylu až k výstupní ploše 8.

Ve druhém příkladném provedení jsou pro konstrukci optického prvku využity dvě dvojice světlovodu 6 a odrazového výstupku 7 - tedy dva jednotlivé optické díly spojené do většího optického prvku. Jednotlivé optické díly jsou spojené dohromady a sesazené vedle sebe. Jednotlivé optické díly mají stejné konstrukční znaky a výhodné prvky jako v případě, kdy optický prvek obsahuje pouze jednu dvojici světlovodu 6 a odrazového výstupku 7.

V tomto provedení jsou všechny vstupní plochy 2 zarovnány v jedné rovině. Kolimační plocha 3 svírá se vstupní plochou 2 úhel 60°. V tomto provedení svírají všechny kolimační plochy 3 s příslušnou vstupní plochou 2 stejný úhel. Na každém odrazovém výstupku 7 se nachází dvojice prvních odrazových ploch 4 a na každém světlovodu 6 se nachází dvojice druhých odrazových

- 8 CZ 310539 B6 ploch 5. Optická osa 14 každého světlovodu 6 protíná výstupní plochu 8 a kolimační plochu 3 příslušného optického prvku.

Jednotlivé dvojice světlovodu 6 a odrazového výstupku 7 jsou v optickém prvku poskládány vedle sebe a spojeny bočními stěnami světlovodů 7. Boční stěny jednotlivých krajních optických prvků tak tvoří boční stěny celého optického prvku.

Výhodně mezi jednotlivými světlovody 6 není žádná konstrukční přepážka nebo rozdělení a jednotlivé světlovody 6 tvoří jeden společný světlovod 16. Na straně vstupu světla do jednotlivých optických prvků se nachází kolimační plochy 3, na opačné straně se nachází jednotlivé výstupní plochy 8 mířící všechny stejným směrem. Díky absenci konstrukčního dělení jednotlivých světlovodů 6 nejsou jednotlivé výstupní plochy 8 odděleny a tvoří společnou výstupní plochu 15. Celý optický prvek tvořený jednotlivými optickými díly je tak výhodně vyroben z jednoho bloku materiálu.

Světlo z jednotlivých zdrojů 1 světla postupuje jednotlivými optickými díly jako v případě konstrukce s využitím jediného optického dílu.

Světlo vstupuje do odrazového výstupku 7 přes vstupní plochu 2, zde se láme směrem ke kolimační ploše 3. Totálním odrazem 12 je z kolimační plochy 3 směřováno ve směru optické osy 14 světlovodu 6. Část světla je rovnou vyzářena přes výstupní plochu 8 - hlavní paprsek světla 9. Část světla je směřována na dvojici prvních odrazových ploch 4 - vedlejší paprsek světla 10. Na dvojici prvních odrazových ploch 4 je totálním odrazem 12 směřováno na dvojici druhých odrazových ploch 5 a odtud směrem na výstupní plochu 8. Každá dvojice světlovod 6 a odrazový výstupek 7 tak vyzařuje světlo ze svého příslušného zdroje 1 světla.

Ze stavu techniky je známa svítilna do automobilu, která při použití jednoho zdroje světla produkuje nepříliš homogenní osvětlení výstupní plochy. Maximální intenzita svítivosti známého řešení je 10,247 cd, maximální světelný tok je 0,249 Im. Předkládaný vynález dosahuje maximální svítivosti 20,299 cd a maximálního světelného toku 0,409 lm. Známé řešení tak dosahuje pouze cca 60% účinnosti ve srovnání s předkládaným vynálezem. Porovnání homogenity osvětlení výstupní plochy je znázorněno na obr. 8 a obr. 9.

Alternativní provedení

Alternativy týkající se jednotlivých znaků či součástí vynálezu mohou být dle uvážení odborníka v oboru využity samostatně, ale mohou být i vzájemně zkombinovány. Není-li pro určité alternativní provedení uvedeno jinak, jsou ostatní znaky tohoto provedení realizovány jako v prvním příkladném provedení.

V alternativním provedení se na bočních stěnách odrazového výstupku 7 nachází další odrazové plochy. Úhel mezi kolimační plochou 3 a vstupní plochou 2 je v alternativním provedení více než 1° a méně než 60°. V jiném alternativním provedení je úhel více než 60° a méně než 179°.

Dvojice prvních odrazových ploch 4 nemá v alternativním provedení společnou hranu 11. Dvojice prvních odrazových ploch 4 mezi sebou mají prostor tvořený tělem odrazového výstupku 7. V jiném alternativním provedení má dvojice prvních odrazových ploch 4 společnou hranu 11, jejíž vzdálenost od výstupní plochy 8 je kratší než vzdálenost individuálních hran odrazových ploch z dvojice prvních odrazových ploch 4. V dalším příkladném provedení spodní strana odrazových ploch nezasahuje až ke spodní hraně odrazového výstupku 7. Úhel, který odrazové plochy ve dvojici prvních odrazových ploch 4 svírají se vstupní plochou 2, je v jiném příkladném provedení méně než 120°, v dalším alternativním provedení je více než 120°.

Dvojice druhých odrazových ploch 5 v alternativním provedení nepřiléhá ke kolimační ploše 3 mezi bočními stranami kolimační plochy 3 a bočními stranami odrazových ploch je prostor těla

- 9 CZ 310539 B6 světlovodu 6. V jiném alternativním provedení krajní strany odrazových ploch ve dvojici druhých odrazových ploch 5 nezasahují až ke hranám světlovodu 6 a mezi odrazovými plochami a stěnami světlovodu 6 je prostor. V dalším alternativním provedení odrazové plochy ve dvojici druhých odrazových ploch 5 mají společnou jednu stranu a při pohledu na optický prvek seshora kolmo na optickou osu 14 světlovodu 6 tvoří trojúhelník směřující vrcholem k odrazovému výstupku 7. V jiném alternativním provedení trojúhelník směřuje vrcholem k výstupní ploše 8.

V alternativním provedení vynálezu je alespoň jedna plocha z odrazových ploch - kolimační plocha 3, dvojice prvních odrazových ploch 4, dvojice druhých odrazových ploch 4 - vyrobena nanesením tenké vrstvy kovového materiálu na podkladovou plochu. Podkladová plocha pro odrazové desky je přímo tělo optického prvku. Kovovým materiálem je tenká vrstva stříbra. V jiném alternativním provedení je kovovým materiálem vrstvička hliníku, v dalším provedení je odrazová plocha vyrobena nanesením tenké vrstvy chromu na podkladovou plochu. Při použití vrstvy kovového materiálu pro konstrukci odrazových ploch se světelné paprsky odráží podle principu odrazu na zrcadle.

V alternativním provedení jsou dvojice odrazových ploch parabolická zrcadla. V dalším alternativním provedení jsou odrazové plochy ve tvaru plochých rovných zrcadel. V jiném alternativním provedení mají odrazové plochy tvar kruhu. Obsah jednotlivých odrazových ploch ve dvojici prvních odrazových ploch 4 je různý od obsahu jednotlivých odrazových ploch ve dvojici druhých odrazových ploch 5, odrazové plochy ve dvojici druhých odrazových ploch 5 mají o 1/3 větší obsah.

Tělo světlovodu 6 při pohledu podél optické osy 14 světlovodu 6 má v alternativním provedení tvar kruhu. V jiném alternativním provedení se v těle světlovodu 6 nachází další odrazové plochy.

V alternativním provedení je zdrojem 1 světla halogenová žárovka. V jiném alternativním provedení je zdrojem 1 světla xenonová výbojka.

V alternativním provedení ke druhému příkladnému provedení jsou ke konstrukci optického prvku použity alespoň tři dvojice světlovod 6 + odrazový výstupek 7. Úhel mezi kolimační plochou 3 a vstupní plochou 2 je více než 1°a méně než 60°. V dalším alternativním provedení je tento úhel více než 60° a méně než 179°.

V dalších alternativních provedeních ke druhému příkladnému provedení se počet dvojic světlovod 6 + odrazový výstupek 7 zvyšuje.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Optický prvek pro automobilovou svítilnu, který obsahuje světlovod (6) a odrazový výstupek (7) pevně připojený ke světlovodu (6), přičemž optický prvek dále obsahuje vstupní plochu (2) pro vstup světla ze zdroje (1) světla a výstupní plochu (8) pro výstup světla z optického prvku;

   přičemž vstupní plocha (2) se nachází na odrazovém výstupku (7) a výstupní plocha (8) se nachází na světlovodu (6);

   přičemž optická osa (14) světlovodu (6) protíná výstupní plochu (8); a přičemž dále optický prvek zahrnuje kolimační plochu (3) pro usměrnění světla vstupujícího do optického prvku, vyznačující se tím, že kolimační plocha (3) se nachází na odrazovém výstupku (7) a optická osa (14) světlovodu (6) protíná kolimační plochu (3), přičemž optický prvek dále obsahuje dvojici prvních odrazových ploch (4) a dvojici druhých odrazových ploch (5);

   přičemž dvojice prvních odrazových ploch (4) se nachází na odrazovém výstupku (7) a dvojice druhých odrazových ploch (5) se nachází na světlovodu (6);

   přičemž vstupní plocha (2) pro vstup světla se nachází mezi kolimační plochou (3) a dvojicí prvních odrazových ploch (4);

   přičemž kolimační plocha (3) je uzpůsobená pro odraz části světla podél optické osy (14) světlovodu (6) přímo na výstupní plochu (8) a pro odraz části světla podél optické osy (14) světlovodu (6) na dvojici prvních odrazových ploch (4);

   přičemž každá odrazová plocha z dvojice prvních odrazových ploch (4) je uzpůsobená pro odraz světla z kolimační plochy (3) k jedné odrazové ploše z dvojice druhých odrazových ploch (5) a každá z dvojice druhých odrazových ploch (5) je uzpůsobená pro odraz světla z příslušné první odrazové plochy (4) na výstupní plochu (8); a přičemž světlovod (6) a odrazový výstupek (7) jsou vyrobeny z jednoho bloku materiálu.
2. 2. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle nároku 1, vyznačující se tím, že odrazové plochy ve dvojici prvních odrazových ploch (4) mají alespoň jednu společnou hranu a každá odrazová plocha v dvojici prvních odrazových ploch (4) má alespoň jednu individuální boční hranu protilehlou ke společné hraně, přičemž vzdálenost společné hrany dvojice prvních odrazových ploch (4) od výstupní plochy (8) měřená ve směru podél optické osy (14) světlovodu (6) je větší než vzdálenost individuálních bočních hran prvních odrazových ploch (4) od výstupní plochy (8) měřená ve směru podél optické osy (14) světlovodu (6).
3. 3. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že odrazové plochy ve dvojici druhých odrazových ploch (5) se nachází vedle kolimační plochy (3) na světlovodu (6) na protilehlé ploše k výstupní ploše (8), přičemž z každé strany kolimační plochy (3) se nachází jedna z dvojice druhých odrazových ploch (5).
4. 4. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kolimační plocha (3), dvojice prvních odrazových ploch (4) a dvojice druhých odrazových ploch (5) jsou uzpůsobené pro odraz světla pomocí totálního odrazu.

   - 11 CZ 310539 B6
5. 5. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že každá plocha z dvojice prvních odrazových ploch (4) a z dvojice druhých odrazových ploch (5) má tvar čtyřúhelníku, přičemž tělo světlovodu (6) při pohledu podél optické osy (14) světlovodu (6) má tvar čtyřúhelníku.
6. 6. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že šířka světlovodu (6) je shodná jako součet šířky dvojice druhých odrazových ploch a šířky kolimační plochy (3).
7. 7. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výška světlovodu (6) měřená kolmo na optickou osu (14) světlovodu (6) ve svislém směru je shodná jako výška jedné odrazové plochy z dvojice druhých odrazových ploch (5).
8. 8. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výška kolimační plochy (3) je shodná jako součet výšky jedné odrazové plochy z dvojice prvních odrazových ploch (4) a výšky jedné odrazové plochy z dvojice druhých odrazových ploch (5).
9. 9. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že optická osa (14) světlovodu (6) prochází mezi odrazovými plochami z dvojice druhých odrazových ploch (5).
10. 10. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vstupní plocha (2) vede podél optické osy (14) světlovodu (6).
11. 11. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vrchní, spodní i boční stěny světlovodu (6) jsou hladké.
12. 12. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že obsahuje druhý světlovod (6) a druhý odrazový výstupek (7) pevně připojený ke druhému světlovodu (6), přičemž optický prvek dále obsahuje druhou vstupní plochu (2) pro vstup světla z druhého zdroje (1) světla a druhou výstupní plochu (8) pro výstup světla z optického prvku;

    přičemž druhá vstupní plocha (2) se nachází na druhém odrazovém výstupku (7) a druhá výstupní plocha (8) se nachází na druhém světlovodu (6);

    přičemž druhá optická osa (14) druhého světlovodu (6) protíná druhou výstupní plochu (8);

    přičemž dále optický prvek zahrnuje druhou kolimační plochu (3) pro usměrnění světla vstupujícího do optického prvku;

    přičemž druhá kolimační plocha (3) se nachází na druhém odrazovém výstupku (7) a druhá optická osa (14) druhého světlovodu (6) protíná druhou kolimační plochu (3);

    přičemž optický prvek dále obsahuje druhou dvojici prvních odrazových ploch (4) a druhou dvojici druhých odrazových ploch (5);

    přičemž druhá dvojice prvních odrazových ploch (4) se nachází na druhém odrazovém výstupku (7) a druhá dvojice druhých odrazových ploch (5) se nachází na druhém světlovodu (6);

    přičemž druhá vstupní plocha (2) pro vstup světla se nachází mezi druhou kolimační plochou (3) a druhou dvojicí prvních odrazových ploch (4);

    - 12 CZ 310539 B6 přičemž druhá kolimační plocha (3) je uzpůsobená pro odraz části světla podél druhé optické osy (14) druhého světlovodu (6) přímo na druhou výstupní plochu (8) a pro odraz části světla podél druhé optické osy (14) druhého světlovodu (6) na druhou dvojici prvních odrazových ploch (4);

    5 přičemž každá druhá odrazová plocha z druhé dvojice prvních odrazových ploch (4) je uzpůsobená pro odraz světla z druhé kolimační plochy (3) k jedné odrazové ploše z druhé dvojice druhých odrazových ploch (5) a každá z druhé dvojice druhých odrazových ploch (5) je uzpůsobená pro odraz světla z příslušné první odrazové plochy (4) na druhou výstupní plochu (8); a přičemž druhý světlovod (6) a druhý odrazový výstupek (7) jsou vyrobeny ze stejného bloku

    10 materiálu jako první světlovod (6) a první odrazový výstupek (7).
13. 13. Optický prvek pro automobilovou svítilnu podle nároku 12, vyznačující se tím, že první výstupní plocha (8) a druhá výstupní plocha (8) tvoří společnou výstupní plochu (15).