DE10033133A1 - Stabförmiger Lichtleiter - Google Patents

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, einer der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden reflektierenden Fläche mit lichtablenkenden Mitteln, die über die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht über die Lichtaustrittsfläche abstrahlen, und mit zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen, die die Lichteintrittsfläche und die reflektierende Fläche miteinander verbinden, wobei die Seitenflächen im quer zur Längsachse angeordneten Querschnitt des Stabkörpers mindestens zwei lichtkonzentrierende Punkte bilden, so dass parallel zur Längsachse nichtzentrische Brennlinien entstehen, auf denen die lichtkonzentrierenden Punkte der zugehörigen Seitenflächen angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen stabförmigen Lichtleiter, insbesondere für eine Si­ gnalleuchte für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Stabkörper mit minde­ stens einer Lichteinkoppelfläche und einer in Richtung einer Längsachse an­ geordneten, quer zur Längsachse abstrahlenden Lichtaustrittsfläche, einer der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden reflektierenden Fläche mit lichtablen­ kenden Mitteln, die über die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht über die Lichtaustrittsfläche abstrahlen, und mit zwei einander gegenüberliegenden Sei­ tenflächen, die die Lichteintrittsfläche und die reflektierende Fläche miteinander verbinden.

Stabförmige Lichtleiter werden bei Kraftfahrzeugen z. B. als Signalleuchte oder zur Beleuchtung von Anzeigeeinrichtungen verwendet.

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. Zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen verbinden die Lichteintrittsfläche und die reflektierende Fläche miteinander. Die beiden Seitenflächen liegen auf einem gemeinsamen Durchmesser, so dass der Quer­ schnitt des stabförmigen Lichtleiters im Wesentlichen, d. h. mit Ausnahme der reflektierenden Fläche, kreisrund ausgebildet ist.

Nachteilig bei den bekannten Lichtleitern mit im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt ist, dass aufgrund ihres punktsymmetrischen Aufbaues nur ein An­ teil des in die Lichtleiter eingekoppelten Lichtes einer punkt- oder wenig diffus abstrahlenden Lichtquelle über die Prismen und die Lichtaustrittsfläche ausge­ koppelt wird. Bei in horizontaler Richtung gegenüberliegender reflektierender Fläche und Lichtaustrittsfläche ist insbesondere in vertikaler Richtung der opti­ sche Wirkungsgrad unerwünscht niedrig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten stabförmigen Lichtleiter so zu verbessern, dass das Verhältnis von eingekoppelten zu ausge­ koppeltem Licht verbessert und eine Wirkungsgradsteigerung unter gleichzeiti­ ger vertikaler Konzentration der Lichtverteilung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Seitenflächen im quer zur Längsachse angeordneten Querschnitt des Stabkörpers mindestens zwei lichtkonzentrie­ rende Punkte bilden, so dass parallel zur Längsachse nichtzentrische Brennlini­ en entstehen auf denen die lichtkonzentrierenden Punkte der zugehörigen Sei­ tenflächen angeordnet sind.

Durch die lichtkonzentrierenden Punkte bzw. durch die von den konzentrieren­ den Punkten gebildeten Brennlinien wird der optische Wirkungsgrad des stab­ förmigen Lichtleiters erheblich verbessert. Dabei wird die vertikale Lichtvertei­ lung gegenüber den bekannten Lichtleitern etwa in einer Achse konzentriert. Über die im stabförmigen Lichtleiter entstehenden nichtzentrische Brennlinien wird das eingekoppelte Licht zerstreut und für eine Auskopplung günstiger ver­ teilt. Dies erlaubt eine Auskopplung des sonst nicht nutzbaren Lichtes und stei­ gert so den optischen Wirkungsgrad. Mit der vorliegenden Erfindung ist es mög­ lich, die vertikale Streuung zu verringern und damit die Lichtverteilung zu kon­ zentrieren. Dadurch können höhere Lichtstärken erzielt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Stabkörpers im wesentlichen elliptisch ausgebildet. Bei in horizontaler Rich­ tung gegenüberliegend angeordneter reflektierender Fläche und Lichtaustritts­ fläche ist ein erster lichtkonzentrierender Punkt in vertikaler Richtung oberhalb eines auf der Längsachse liegenden Mittelpunktes und ein zweiter lichtkonzen­ trierender Punkt unterhalb des Mittelpunktes angeordnet.

Durch die lichtkonzentrierenden Punkte bzw. Brennpunkte entstehen innerhalb des Stabkörpers zwei nichtzentrische Brennlinien, welche das zentrisch einge­ koppelte Licht zerstreuen und auf die reflektierende Fläche lenken.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet auf­ grund des erfinderischen Querschnittprofils der Mittelpunkt in Verbindung mit der reflektierenden Fläche einen dritten lichtkonzentrierenden Punkt, so dass eine zusätzliche zentrische Brennlinie entsteht. Damit entstehen über den Querschnitt des Stabkörpers gesehen drei lichtkonzentrierende Punkte bzw. drei Lichtschwerpunkte, über die das Vielfach reflektierte Licht auf die reflektie­ rende Fläche gelenkt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stabkörper als ein Ellipsoid ausgebildet, dessen quer zur Längsachse angeord­ nete Exzentrizität an die Länge des Stabkörpers angepasst ist, um möglichst viel Licht auszukoppeln. Die Exzentrizität kann aber auch - zumindest in Gren­ zen - die benötigte vertikale Streubreite bestimmen. Eine geringe Länge des Stabkörpers bedeutet dabei eine höhere Exzentrizität und umgekehrt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Licht­ einkopplungsfläche eine etwa punktförmig abstrahlende Lichtquelle vorgelagert. Die Lichtquelle ist dabei als eine Leuchtdiode (LED) oder auch als wenig diffus abstrahlende Lichtquelle in Form einer Glühlampe mit Ellipsoidreflektor ausge­ bildet.

Insbesondere bei Verwendung von punktförmigen oder wenig diffus abstrahlen­ den Lichtquellen wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des stabförmi­ gen Lichtleiters eine lichttechnische Wirkungsgradsteigerung erzielt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche als eine Vielzahl von quer zur Längsachse angeordnete Prismen ausgebildet.

Durch eine entsprechende Ausbildung der quer zu Längsachse angeordneten Prismen lässt sich ebenfalls eine Steigerung des lichttechnischen Wirkungsgra­ des des stabförmigen Lichtleiters erzielen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden aus­ führlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzug­ te Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines stabförmigen Lichtleiters in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den stabförmigen Lichtleiter von Fig. 1 entlang der Linie II-II geschnitten in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 den Querschnitt von Fig. 2, der beispielhaft den Verlauf einiger Lichtstrahlen bis zum Auftreffen auf die Prismen zeigt.

Ein stabförmiger Lichtleiter besteht im Wesentlichen aus einem Stabkörper 1 mit einer ersten Stirnfläche 2, einer zweiten Stirnfläche 3, einer reflektieren­ den Fläche 4, einer Lichtaustrittsfläche 5, einer ersten Seitenfläche 6 und einer zweiten Seitenfläche 7.

Quer zu seiner Längsachse 8 weist der Stabkörper 1 an einem ersten Ende 9 die erste Stirnfläche 2 und an seinem dem ersten Ende 9 abgewandten zweiten Ende 10 die zweite Stirnfläche 3 auf. An seiner Rückseite 11 wird der stabför­ mige Lichtleiter bzw. der Stabkörper 1 von der reflektierenden Fläche 4 und an seiner der Rückseite 11 gegenüberliegenden Vorderseite 12 wird der Stabkör­ per 1 durch die Lichtaustrittsfläche 5 begrenzt. Seitlich bzw. nach oben und un­ ten wird der Stabkörper 1 durch die beiden einander gegenüberliegenden Sei­ tenflächen 6, 7 begrenzt. Die reflektierende Fläche 4 ist über die Seitenflächen 6, 7 mit der Lichtaustrittsfläche 5 verbunden.

Den Stirnflächen 2, 3 ist jeweils eine punktförmige Lichtquelle 13 vorgelagert. Die Lichtquelle 13 ist z. B. als eine Fotodiode (LED) ausgebildet. Die Stirnflä­ chen 2, 3 sind als Lichteinkoppelflächen ausgebildet. Die reflektierende Fläche 4 weist lichtablenkende Mittel auf, die z. B. als eine Vielzahl von quer zur Längsachse 8 angeordnete Prismen 14 ausgebildet sind. Die Seitenflächen 6, 7 sind konvex nach außen hin ausgeformt und bilden einen im Wesentlichen ellip­ tischen Querschnitt des Stabkörpers 1. Von der im Beispiel oben liegenden er­ sten Seitenfläche 6 wird ein erster lichtkonzentrierender Punkt (F₁) 15 oberhalb des auf der Längsachse 8 liegenden Mittelpunktes 16 gebildet. Unterhalb des Mittelpunktes 16 wird von der zweiten Seitenfläche 7 ein zweiter lichtkonzentrie­ render Punkt 17 gebildet. In Verbindung mit der reflektierenden Fläche 4 wirkt der Mittelpunkt 16 als dritter lichtkonzentrierender Punkt 18. Damit ist der Stab­ körper 1 als ein Ellipsoid ausgebildet, dessen erste lichtkonzentrierenden Punk­ te 15 eine erste Brennlinie 19 und dessen zweite lichtkonzentrierenden Punkte 17 eine zweite Brennlinie 20 bilden. Die Brennlinien 19, 20 verlaufen in einem Abstand parallel zu einer von den Mittelpunkten 16 gebildeten dritten Brennlini­ en 21, die mit der Längsachse 8 zusammenfällt.

Die Exzentrizität des Ellipsoids bzw. des Stabkörpers 1, die quer zur Längsach­ se 8 angeordnet ist, ist an die Länge des Stabkörpers 1 angepasst, um mög­ lichst viel Licht auszukoppeln. Die Exzentrizität ist aber auch in gewissen Gren­ zen an die benötigte vertikale Streubreite angepasst.

Das von den Lichtquellen 13 ausgestrahlte Licht wird über die Stirnflächen 2, 3, die als Lichteinkoppelflächen ausgebildet sind, in den Stabkörper 1 eingekop­ pelt und durch Totalreflexion weitergeleitet. Auf die Prismen 14 der reflektieren­ den Fläche 4 auftreffendes Licht wird reflektiert und tritt auf der den Prismen 14 gegenüberliegenden Lichtaustrittsfläche 5 aus. Nicht von den Prismen 14 er­ fasste Lichtstrahlen werden an den Seitenflächen 6, 7 reflektiert und zu den Brennlinien 19, 20, 21 hin konzentriert.

In Fig. 3 ist beispielhaft der Verlauf einiger Lichtstrahlen bis zum Auftreffen auf die Prismen 14 in einer Querschnittsprojektion dargestellt. Die Punkte 15, 16, 17 bilden dabei drei "Lichtschwerpunkte", über die das vielfach reflektierte Licht auf die Prismen 14 gelenkt wird.

Claims (10)

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, einer der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden reflektierenden Fläche mit lichtablenkenden Mitteln, die über die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht über die Lichtaustrittsflä­ che abstrahlen, und mit zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen, die die Lichteintrittsfläche und die reflektierende Fläche miteinander verbin­ den, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (6, 7) im quer zur Längsachse (8) angeordneten Querschnitt des Stabkörpers (1) mindestens zwei lichtkonzentrierende Punkte (15, 17) bilden, so dass parallel zur Längsachse (8) nichtzentrische Brennlinien (19, 20) entstehen, auf denen die lichtkonzentrierenden Punkte (15, 17) der zugehörigen Seitenflächen (6, 7) angeordnet sind.

2. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stabkörpers (1) im Wesentlichen elliptisch ausgebildet ist.

3. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei in horizontaler Richtung gegenüberliegend angeordneter reflektie­ render Fläche (4) und Lichtaustrittsfläche (5) ein erster lichtkonzentrierender Punkt (15) in vertikaler Richtung oberhalb eines auf der Längsachse (8) lie­ genden Mittelpunktes (16) und ein zweiter lichtkonzentrierender Punkt (17) unterhalb des Mittelpunktes (16) angeordnet ist.

4. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt (16) in Verbindung mit der reflektierenden Fläche (4) einen drit­ ten lichtkonzentrierenden Punkt (18) bildet.

5. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Stabkörper (1) als ein Ellipsoid ausgebildet ist, des­ sen quer zur Längsachse (8) angeordnete Exzentrizität an die Länge des Stabkörpers (1) angepasst ist um möglichst viel Licht auszukoppeln.

6. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität auf die benötigte vertikale Streubreite abgestimmt ist.

7. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass den Stirnflächen (2, 3) eine etwa punktförmig abstrah­ lende Lichtquelle (13) vorgelagert ist.

8. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) als eine Glühlampe mit Ellipsoidreflektor ausgebildet ist. Die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche (4) als eine Vielzahl von quer zur Längsachse angeordnete Prismen (14) ausgebildet sind.

9. Stabförmiger Lichtleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) als eine Leuchtdiode ausgebildet ist.

10. Stabförmiger Lichtleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die lichtablenkenden Mittel der reflektierenden Fläche (4) als eine Vielzahl von quer zur Längsachse (8) angeordnete Prismen (14) ausgebildet ist.