DE10029542A1

DE10029542A1 - Stabförmiger Lichtleiter

Info

Publication number: DE10029542A1
Application number: DE10029542A
Authority: DE
Inventors: Elmar Duenschede
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-12-20

Abstract

Stabförmiger Lichtleiter, insbesondere für eine Signalleuchte für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Stabkörper mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche und einer in Richtung einer Längsachse angeordneten quer zur Längsachse abstrahlenden Lichtaustrittsfläche, und einer der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden reflektierenden Fläche mit lichtablenkenden Mitteln, die über die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht über die Lichtaustrittsfläche abstrahlen, wobei die lichtablenkenden Mittel durch die Lichtaustrittsfläche einfallendes Licht reflektieren und über die Lichtaustrittsfläche rückstrahlen.

Description

Die Erfindung betrifft stabförmige Lichtleiter, insbesondere für eine Signal leuchte für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Stabkörper mit mindestens einer Lichteinkoppelfläche und einer in Richtung einer Längsachse angeordne ten quer zur Längsachse abstrahlenden Lichtaustrittsfläche, und einer der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden reflektierenden Fläche mit lichtablen kenden Mitteln, die über die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht über die Lichtaustrittsfläche abstrahlen, dass die lichtablenkenden Mittel durch die Lichtaustrittsfläche einfallendes Licht reflektieren und über die Lichtaustrittsflä che rückstrahlen.

Stabförmige Lichtleiter werden bei Kraftfahrzeugen insbesondere für Signal leuchten, beispielsweise für Schlussleuchten oder Bremsleuchten verwendet. Neben den Schlussleuchten werden zusätzlich Rückstrahler verwendet, die auf sie auftreffendes Licht zurückstrahlen.

Aus der DE 41 29 094 A1 und aus der DE 198 03 518 A1 sind stabförmige Lichtleiter bekannt, die eine quer zu ihrer Längsrichtung abstrahlende Lichtaus trittsfläche aufweisen. Den Lichtaustrittsflächen gegenüberliegend sind jeweils reflektierende Flächen angeordnet. Die reflektierenden Flächen weisen eine Vielzahl von Prismen auf, die quer zur Längsachse der stabförmigen Lichtleiter angeordnet sind. Die stabförmigen Lichtleiter sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Über mindestens eine der Stirnflächen der Lichtleiter wird Licht - beispielsweise aus einer als LED ausgebildeten Lichtquelle - eingekoppelt, das nach Totalreflexion über die Prismen, die verspiegelt sind, radial über die Lichtaustrittsfläche ausgekoppelt wird.

Nachteilig bei den bekannten Leuchten ist, dass sie keine Rückstrahlfunktionen aufweisen und daher mit zusätzlichen Rückstrahlern, die entsprechend Platz benötigen, gekoppelt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten stabförmigen Lichtleiter so zu verbessern, dass sie platz- bzw. raumsparend mit einer Rück strahlfunktion gekoppelt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die lichtablenkenden Mittel durch die Licht austrittsfläche einfallendes Licht reflektieren und über die Lichtaustrittsfläche rückstrahlen.

Dadurch, dass die lichtablenkenden Mittel nicht nur über die Stirn- bzw. Licht einkoppelfläche aus Lichtquellen eingekoppeltes Licht über die Lichtaustritts flächen abstrahlen, sondern auch über die Lichtaustrittsfläche einfallendes Licht reflektieren und wieder über die Lichtaustrittsfläche rückstrahlen, wird erfindungsgemäß erreicht, dass Rückstrahlerfunktion und Signalfunktion zu sammen eine Einheit bilden und nach dem gleichen optischen Prinzip arbeiten. Dadurch kann vorteilhaft auf einen separaten Rückstrahler verzichtet werden, so dass eine platz- und bauraumsparende Kombinationsleuchte entsteht, die Rückstrahlerfunktion und Signalfunktion in sich vereinigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die lichtablen kenden Mittel der reflektierenden Fläche als eine Vielzahl von quer zur Längs achse angeordnete Prismen ausgebildet.

Durch eine entsprechende Ausbildung der quer zur Längsachse angeordneten Prismen lässt sich eine Steigerung des lichttechnischen Wirkungsgrades des stabförmigen Lichtleiters erzielen. Insbesondere lassen sich die Prismen bei entsprechender Gestaltung des Querschnittes des Stabkörpers für die Rück strahlung des über die Lichtsaustrittsfläche eingekoppelten Lichtes nutzen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Lichtaustrittsfläche und die reflektierende Fläche in ihrer Anordnung ein sol ches Querschnittsprofil des Stabkörpers, dass über die Lichtsaustrittsfläche etwa parallel einfallende Lichtstrahlen in einem Brennpunkt F₁ fokussiert wer den, der etwa auf der reflektierenden Fläche liegt.

Durch die Fokussierung der über die Lichtaustrittsfläche einfallenden Licht strahlen in einem Brennpunkt im Bereich der reflektierenden Fläche bzw. der Prismen wird erreicht, dass die einfallenden Lichtstrahlen von der reflektieren den Fläche reflektiert und über die Lichtaustrittsfläche als etwa parallele Licht strahlen wieder rückgestrahlt werden. Durch die Fokussierung im Bereich der reflektierenden Fläche wird somit eine definierte und sichere zielgerichtete Rückstrahlungsfunktion ermöglicht.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hält der Brennpunkt F₁ von einem Scheitelpunkt S der Lichtaustrittsfläche einen sol chen Abstand f₁ ein, der in Abhängigkeit eines ersten Radius R₁ der Lichtaus trittsfläche und von einem Brechungsindex n₁ des Stabkörpers der Gleichung

folgt. Durch Einhaltung der sogenannten Abbe'schen Gleichung lässt sich der Abstand f₁ in Abhängigkeit von dem ersten Radius R₁ so gestalten, dass der Brennpunkt F₁ im Bereich der reflektierenden Fläche angeordnet wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Stabkörper einen Brechungsindex n₁ von etwa 1,49 auf. Der stabförmige Licht leiter weist dabei eine Lichtaustrittsfläche, die um einen Punkt M₁ mit dem er sten Radius R₁ gewölbt ist und eine reflektierende Fläche auf, die um einen Punkt M₂ mit einem zweiten Radius R₂ gewölbt ist, wobei M₁ und M₂ einen Ab stand R₃ aufweisen. Durch einen Brechungsindex von annähernd 1,5, bei spielsweise bei PMMA mit etwa 1,49, ist es möglich, die Radien R₁, R₂ und den Abstand R₃ etwa gleichgroß zu gestalten. Damit ergibt sich zwischen dem Scheitelpunkt S der Lichtaustrittsfläche und der reflektierenden Fläche ein Ab stand f₁ von ca. 3 R₁.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die reflek tierende Fläche verspiegelt. Die reflektierende Fläche bzw. die lichtablenken den Mittel der reflektierenden Fläche weisen dabei eine galvanische Beschich tung auf.

Durch die galvanische Beschichtung und die Verspiegelung lassen sich die Lichtleistung und insbesondere die Rückstrahlungsleistung erhöhen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Eine räumliche Darstellung eines stabförmigen Lichtleiters,

Fig. 2 ein Querschnittsprofil eines stabförmigen Lichtleiters in vergrößer ter Darstellung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Strahlenganges in einem Längsschnitt eines stabförmigen Lichtleiters in vergrößerter Dar stellung

Ein stabförmiger Lichtleiter besteht im Wesentlichen aus einem Stabkörper 1 mit einer ersten Stirnfläche 2, einer zweiten Stirnfläche 3, einer reflektierenden Fläche 4 und einer Lichtaustrittsfläche 5.

Quer zu seiner Längsachse 6 weist der Stabkörper 1 an einem ersten Ende 7 die erste Stirnfläche 2 und an seinem dem ersten Ende 7 abgewandten zweiten Ende 8 die zweite Stirnfläche 3 auf. Die erste Stirnfläche 2 ist dabei als eine erste Lichteinkoppelfläche 9 und die zweite Stirnfläche 3 als eine zweite Licht einkoppelfläche 10 ausgebildet. An seiner Unterseite 11 wird der stabförmige Lichtleiter bzw. Stabkörper 1 von der reflektierenden Fläche 4 und an seiner der Unterseite 11 gegenüberliegenden Oberseite 12 wird der Lichtleiter durch die Lichtaustrittsfläche 5 begrenzt. Seitlich wird der Stabkörper 1 durch zwei aneinander gegenüberliegende Seitenflächen 13, 14 begrenzt. Die reflektie rende Fläche 4 ist über die Seitenflächen 13, 14 mit der Lichtaustrittsfläche 5 verbunden.

Den Stirnflächen 2, 3 ist jeweils eine nicht dargestellte, beispielsweise punkt förmige Lichtquelle, vorgelagert. Die Lichtquelle ist z. B. als eine Leuchtdiode (LED) ausgebildet.

Die reflektierende Fläche 4 weist lichtablenkende Mittel auf, die zum Beispiel als eine Vielzahl von quer zur Längsachse 6 angeordnete Prismen 15 ausge bildet sind.

Der Stabkörper 1 weist ein Querschnittsprofil 16 auf, bei dem die Lichtaustritts fläche 5 um einen Punkt M₁, 17 mit einem ersten Radius R₁, 18 gewölbt ist. Die reflektierende Fläche 4 ist um einen Punkt M₂, 19 mit einem zweiten Radius R₂, 20 gewölbt. Die beiden Punkte M₁, 17 und M₂, 19 weisen einen Abstand R₃, 21 auf. Die Radien R₁, 18, R₂, 20 und der Abstand R₃, 21 sind etwa gleich groß.

Die Lichtaustrittsfläche 5 und die reflektierende Fläche 4 bilden in ihrer Anord nung ein solches Querschnittsprofil 16 des Stabkörpers 1, dass etwa parallel über die Lichtaustrittsfläche 5 einfallende Lichtstrahlen 22 in einem Brennpunkt F₁, 23 fokussiert werden, der etwa auf der reflektierenden Fläche 4 liegt. Der Brennpunkt F₁, 23 hält dabei von einem Scheitelpunkt S, 24 der Lichtaustritts fläche 5 einen solchen Abstand f₁, 25 ein, der in Abhängigkeit von dem ersten Radius R₁, 18, der Lichtaustrittsfläche 5 und von einem Brechungsindex n₁ des Stabkörpers 1 der Gleichung

folgt.

Im vorliegenden Beispiel ist der Stabkörper aus einem Acrylglas bzw. einem Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einem Brechungsindex n₁ von etwa 1,49 ausgebildet, so dass bei gleichgroßen Radien 18, 20 und ein den Radien 18, 20 entsprechenden Abstand R₃, 21 sich ein Abstand f₁, 25 ergibt, der dem drei fachen Radius R₁, 18 entspricht.

Die reflektierende Fläche 4 bzw. die Prismen 15 weisen eine galvanische Be schichtung auf und sind verspiegelt.

Das von den Lichtquellen ausgestrahlte Licht 26 wird über die Stirnflächen 2, 3, die als Lichteinkoppelflächen 9, 10 ausgebildet sind, in den Stabkörper 1 ein gekoppelt und durch Totalreflexion weitergeleitet. Auf die Prismen 15 der re flektierenden Fläche 4 auftreffende Lichtstrahlen 27 des von den Lichtquellen ausgestrahlten Lichtes 26 werden reflektiert und treten auf der, den Prismen 15 gegenüberliegenden Lichtaustrittsfläche 5 aus.

Beispielsweise von nachfolgenden Fahrzeugen auf die Lichtaustrittsfläche 5 auftreffendes Licht bzw. Lichtstrahlen 28 werden an der Lichtaustrittsfläche 5 gebrochen und im Brennpunkt F₁, 23 fokussiert. Die Lichtstrahlen 28, die den Rückstrahlerlichteinfall bilden werden ebenfalls an den Prismen 15 gebrochen und als etwa parallele Lichtstrahlen 29 über die Lichtaustrittsfläche 5 wieder ausgekoppelt und rückgestrahlt.

Claims

1. Stabförmiger Lichtleiter, insbesondere für eine Signalleuchte für Kraftfahr zeuge, bestehend aus einem Stabkörper mit mindestens einer Lichteinkop pelfläche und einer in Richtung einer Längsachse angeordneten quer, zur Längsachse abstrahlenden Lichtaustrittsfläche, und einer der Lichtaustritts fläche gegenüberliegenden reflektierenden Fläche mit lichtablenkenden Mit teln, die über die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht über die Licht austrittsfläche abstrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtablenken den Mittel durch die Lichtaustrittsfläche (5) einfallendes Licht (28) reflektie ren und über die Lichtaustrittsfläche (5) rückstrahlen.

2. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche (4) als eine Vielzahl von quer zur Längsachse (6) angeordneter Prismen (15) ausgebildet sind.

3. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtaustrittsfläche (5) und reflektierende Fläche (4) in ihrer Anord nung ein solches Querschnittsprofil (16) des Stabkörpers (1) bilden, dass etwa parallel über die Lichtaustrittsfläche (5) einfallende Lichtstrahlen (28) in einem Brennpunkt F₁ (23) fokussiert werden, der etwa auf der reflektie renden Fläche (4) liegt.

4. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennpunkt F₁ (23) von einem Scheitelpunkt S (24) der Lichtaustrittsflä che (5) einen solchen Abstand f₁ (25) einhält, der in Abhängigkeit von ei nem ersten Radius R₁ (18), der Lichtaustrittsfläche (5) und von einem Bre chungsindex n₁ des Stabkörpers (1), der Gleichung
folgt.

5. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stabkörper (1) aus einem Material mit einem Bre chungsindex n₁ von etwa 1,5 ausgebildet ist.

6. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Stabkörper (1) aus PMMA mit einem Brechungsin dex n₁ von etwa 1,49 ausgebildet ist.

7. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (5) um einen Punkt M₁ (17) mit dem ersten Radius R₁ (18) und die reflektierende Fläche (4) um einen Punkt M₂ (19) mit einem zweiten Radius R₂ (20) gewölbt ist und dass M₁ (17) und M₂ (19) einen Abstand R₃ (21) aufweisen.

8. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien R₁, R₂ (18, 20) und der Abstand R₃ (21) etwa gleich groß sind.

9. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die reflektierende Fläche (4) verspiegelt ist.

10. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche eine galvanische Beschichtung aufweisen.