DE10123263A1 - Lichtleitsystem für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Lichtleitsystem für den Innenraum eines KraftfahrzeugsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lichtleitsystem zur Verbesserung der Lichtverhältnisse des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrisch ein- und ausschaltbare Lichterzeugungseinheit (3) und einen Lichtleiter (5) zur Lichtführung, der zur Einkopplung des Lichts mit der Lichterzeugungseinheit (3) gekoppelt ist. Gemäß der Erfindung ist der Lichtleiter (5) im Bereich der Innenverkleidung des Fahrzeugdachs (1) angeordnet und als flächiger Lichtleiter ausgebildet, wobei die Einkopplung des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen (7, 8) des Lichtleiters (5) erfolgt und dass der flächige Lichtleiter (5) derart präpariert ist, dass das Licht aus dem Lichtleiter (5) großflächig und homogen in den Innenraum (2) des Fahrzeugs auskoppelt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Lichtleitsystem zur Verbesserung der Lichtverhältnisse des
Innenraums eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Kraftfahrzeuge werden trotz klimatechnischer Widrigkeiten, wie z. B. Überhitzung der
Fahrzeugkabine bei intensiver Sonneneinstrahlung oder Auskühlung gegen den kal
ten Nachthimmel, mit immer größeren Glasschiebedächern oder Panoramaglasdä
chern ausgestattet. Der Grund ist das großzügige und freundliche Raumgefühl, das
sich für die Insassen in einem hellen lichtdurchfluteten Innenraum ergibt. Konventio
nelle geschlossene Dachverkleidungen beleuchten den Innenraum nur indirekt durch
das Streulicht, das durch die Seitenscheiben in den Innenraum einfällt. Aufgrund des
starken Kontrasts zu der hellen Umgebung wirken die konventionellen Dachverklei
dungen somit relativ dunkel und für den Fahrer bedrückend.
In DE 44 39 547 wird ein Lichtsystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen be
schrieben, bei welchem mittels faserförmigen Lichtleitern eine direkte oder indirekte
Beleuchtung von Flächen und Objekten (z. B. Druckknöpfe wie Tür- und Warnleuch
te, Ausstiegsbeleuchtung oder Innenlicht) im Fahrzeuginnenraum erreicht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei geschlossener Dachverkleidung die Lichtverhältnis
se im Innenraum des Fahrzeuges zu verbessern und dem Fahrer ein angenehmes
Raumgefühl zu verschaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist der Lichteiter im Bereich der Innenverkleidung des Fahrzeug
dachs angeordnet und als flächiger Lichtleiter ausgebildet, wobei die Einkopplung
des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen des Lichtleiters erfolgt. Außerdem
ist der flächige Lichtleiter derart präpariert ist, dass das Licht aus dem Lichtleiter
großflächig und homogen in den Innenraum des Fahrzeugs auskoppelt.
Der erfindungsgemäße Lichtleiter dient somit im Gegensatz zu herkömmlichen Licht
quellen, z. B. Glühlampen nicht als Beleuchtungselement, sondern bewirkt eine groß
flächige und blendfreie Aufhellung der Dachverkleidung im Überkopfbereich der
Fahrzeuginsassen. Dadurch schafft der erfindungsgemäße Lichtleiter eine scheinba
re Vergrößerung des Innenraums und erzeugt dadurch ein angenehmes Raumgefühl.
Der Vorteil hierbei ist, dass durch die homogene Aufhellung des Innenraums durch
den erfindungsgemäßen Lichtleiter im Bereich der Dachverkleidung, im weiteren
auch als Lichtdach bezeichnet, bei den Fahrzeuginsassen eine psychophysiologisch
positive Wirkung erzielt wird.
Ein weiterer Vorteil ist, dass diese positive Wirkung auf die Fahrzeuginsassen nicht
nur bei Tageslicht, sondern auch bei Dunkelheit, z. B. Tunnelfahrten oder bei Nacht,
erzielt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Lichtdachs kann bei Dunkelheit eine
blendfreie Aufhellung des Fahrzeuginnenraums erreicht werden, wodurch die Orien
tierung der Fahrzeuginsassen verbessert wird. Außerdem wird durch das mittels des
Lichtdachs geschaffene angenehme Raumgefühl ein aufmerksames und stressfreies
Fahren bei Dunkelheit gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtdachs ist, dass es als Komponente
des Gesamtfahrzeugs eingesetzt werden kann. Außerdem kann das Lichtdach auch
als gestalterisches Element im Innenraum des Fahrzeugs genutzt werden.
Der flächige Lichtleiter ist vorteilhaft ein transparenter Thermoplast, insbesondere
Polymethylmethacrylat (PMMA), auch als Plexiglas™ bekannt, oder Polycarbonat
(PC). Der Vorteil dieses Materials ist, dass das Material in Form von Platten an die
Form gängiger Dachkonstruktionen angepaßt werden kann.
Die Reichweite, die Farbe und die Intensität des in solchen Lichtleitern transportierten
Lichts wird neben dem Absorptionskoeffizienten des Basismaterials, also des einge
setzten Thermoplasten, durch das Aspektverhältnis, dem Verhältnis von Länge zu
Dicke oder Durchmesser des Lichtleiters bestimmt. Besonders vorteilhaft weisen die
eingesetzten Thermoplasten Materialstärken von 0,1 bis 5 cm, insbesondere 0,3 bis
1,5 cm auf. Zur Auskleidung üblicher Fahrzeugdächer beträgt die Breite der Ther
moplasten vorteilhaft zwischen 1 und 3 m.
Eine homogene und flächige Auskopplung der in dem Lichtleiter geführten Lichtinten
sität in den Fahrzeuginnenraum wird durch eine vorteilhafte Strukturierung des
Lichtleiters erreicht.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die dem Innenraum des Fahr
zeugs abgewandte Oberfläche des flächigen Lichtleiters mittels Aufrauung, Prägung
oder Bohrung strukturiert. Es ist aber auch möglich, die dem Innenraum zugewandte
Oberfläche oder beide Oberflächen zu strukturieren. Besonders geeignet sind hierzu
Pyramiden-, Keil- oder Kegelstrukturen mit einer Kantenlänge deutlich größer als die
Wellenlänge des sichtbaren Lichts, insbesondere zwischen 1 µm und 3 mm, sowie
einem Neigungswinkel zwischen 20° und 70°. Somit ist es möglich, dass das in dem
Lichtleiter geführte Licht an den strukturierten Flächen des Lichtleiters abgelenkt und
in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet wird. Über die Form, die Dichte (Zahl der
Strukturen pro Flächeneinheit) und die Tiefe der Oberflächenstrukturen kann die In
tensität und die Abstrahlcharakteristik variiert und angepaßt werden. Eine homogene
Aufhellung der Dachverkleidung kann insbesondere durch kleine Strukturtiefen und
geringer Dichte erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden zur Auskopplung
des im Lichtleiter geführten Lichts Streuzentren in den Lichtleiter eingebracht. Dabei
können die Streuzentren vorteilhaft hoch lichtbrechende Pigmente, z. B. TiO2 oder
Lufteinschlüsse mit einer Teilchengröße größer als die Lichtwellenlänge, insbesonde
re zwischen 1 µm und 3 mm sein. Das in dem Lichtleiter geführte Licht wird an diesen
Streuzentren aufgrund der Diskontinuität des Brechungsindex zwischen dem Lichtleiter,
also dem Thermoplasten, und dem Streuzentrum abgelenkt. Die Streuzentren
können auch vorteilhaft als Fasern oder eingefärbte Partikel ausgebildet sein.
Die Streuzentren können vorteilhaft aber auch Teilchen sein mit einer Teilchengröße
unterhalb der Lichtwellenlänge, insbesondere kleiner als 300 nm. Die Ablenkung des
Lichts wird dabei durch Rayleigh-Streuung mit einer isotropen Streuwinkelverteilung
bestimmt. Ein Teil des gestreuten Lichts gelangt direkt in den Innenraum des Fahr
zeugs. Der in Richtung des Fahrzeugdachs gestreute Teil des Lichts kann vorteilhaft
mittels einer zwischen dem Fahrzeugdach und dem Lichtleiter angeordneten und
nicht mit dem Lichtleiter in optischem Kotakt stehenden reflektierenden Abdeckung
wieder in den Lichtleiter rückreflektiert werden. Es ist selbstverständlich auch mög
lich, dass Innenverkleidung des Fahrzeugdachs reflektierende Eigenschaften auf
weist. Dadurch können Verluste minimiert und der Anteil des Lichts, welcher in Rich
tung des Fahrzeuginnenraums geleitet wird, erhöht werden.
Es ist aber auch möglich, dass die Streuzentren in dem Lichtleiter eine Kombination
aus Streuzentren mit einer Teilchengröße größer als die Lichtwellenlänge und Streu
zentren mit einer Teilchengröße kleiner als die Lichtwellenlänge sind. Selbstverständ
lich können auch Streuzentren in einen Lichtleiter eingebracht werden, dessen Ober
fläche strukturiert ist.
Ein aus allen Blickwinkeln besonders homogenes Erscheinungsbild des erfindungs
gemäßen Lichtdachs wird vorteilhaft durch eine auf der dem Innenraum des Fahr
zeugs zugewandten Fläche des Lichtleiters zusätzlich angebrachte Streuscheibe er
reicht. Die Streuscheibe ist dabei insbesondere derart angeordnet, dass sie nicht in
optischen Kontakt mit dem Lichtleiter steht. Diese Streuscheibe wirkt bei Hinter
leuchtung durch das erfindungsgemäße Lichtdach als Diffusor, so dass die diskreten
Streuzentren oder Oberflächenstrukturen von den Fahrzeuginsassen nicht einzeln
aufgelöst werden.
Das in den Lichterzeugungseinheiten erzeugte Licht wird erfindungsgemäß an einer
oder mehreren Seitenflächen des flächigen Lichtleiters eingekoppelt. Das Licht wird
dabei mit einem Winkel unterhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion in den Lichtleiter
eingekoppelt. Dadurch wird eine Reflexion an den Seitenflächen des Lichtleiters
verhindert. Die Seitenflächen des Lichtleiters, in die kein Licht eingekoppelt wird,
können z. B. geschwärzt oder verspiegelt werden. Somit wird das durch den Lichtlei
ter geleitete Licht an den Seitenflächen absorbiert oder in den Lichtleiter rückreflek
tiert.
Das Licht aus den Lichterzeugungseinheiten ist vorteilhaft über ein Reflektor-
und/oder Blendensystem in den flächigen Lichtleiter einkoppelbar. Mittels der Re
flektoren und/oder Blenden wird die Abstrahlcharakteristik der Lichterzeugungsein
heiten derart angepaßt, dass eine direkte Ausleuchtung des Innenraums durch die
Lichterzeugungseinheiten vermieden wird.
Als Lichterzeugungseinheiten können vorteilhaft ein oder mehrere Leuchtstoffröhren,
Leuchtschnüre oder Leuchtdioden verwendet werden. Der Vorteil dieser Lichtquellen
ist die niedrige Bautiefe, wodurch ein platzsparender Einbau in das Fahrzeug möglich
ist. Die Lichterzeugungseinheiten können z. B. in den seitlichen Längsträgern des
Fahrzeugs plaziert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein elektrischer Regel
kreis mit einem Helligkeitssensor vorhanden, welche die in den Innenraum des Fahr
zeugs abgestrahlte Lichtintensität an die Umgebungshelligkeit anpassen. Somit wird
mit dem erfindungsgemäßen Lichtdach eine adaptive helle Dachverkleidung ge
schaffen.
In das erfindungsgemäße Lichtdach können die Lichterzeugungseinheiten vorteilhaft
in den flächigen Lichtleiter integriert werden. Außerdem ist es möglich, das Reflektor-
und/oder Blendensystem in den flächigen Lichtleiter zu integrieren. Der Vorteil ist,
dass dadurch eine zusammenhängende Einheit geschaffen werden kann. Somit wird
ein kompaktes und mechanisch stabiles Gesamtsystem geschaffen, das auf einfache
Weise gefertigt und an beliebig geformte Dachkonstruktionen im Fahrzeug angepaßt
werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine in Seitenansicht erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Lichtdachs mit Lichterzeugungseinheit und Reflektorsystem,
Fig. 2 eine in Seitenansicht zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Lichtdachs mit strukturierter Lichtleiteroberfläche,
Fig. 3 eine in Seitenansicht dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Lichtleiters mit integrierten Streuzentren.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Lichtdachs. Unterhalb des geschlossenen Fahrzeugdachs 1 ist ein transparenter flä
chiger Lichtleiter 5 angeordnet. Das Licht einer Lichterzeugungseinheit 3, z. B. eine
Leuchtstoffröhre tritt durch die Seitenfläche 8 in den Lichtleiter 5 ein. Zwischen dem
Fahrzeugdach 1 und der Seitenfläche 7, durch die kein Licht in den Lichtleiter 5 ein
gekoppelt wird, ist eine reflektierende Abdeckung 14 vorhanden. Dadurch wird er
reicht, dass das Licht, das aus der Fläche 6 des Lichtleiters 5 austritt an der Abdec
kung 14 reflektiert und wieder in den Lichtleiter 5 geleitet wird.
Die Lichterzeugungseinheit 3 ist von einem Reflektorsystem 4 umgeben, wodurch
eine direkte Einstrahlung des Lichts in den Fahrzeuginnenraum 2 verhindert wird.
Das Licht tritt somit direkt durch die Seitenfläche 8 in den Lichtleiter 5 ein.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtdachs in Sei
tenansicht dargestellt. Die dem geschlossenen Fahrzeugdach 1 zugewandte Fläche
6 des Lichtleiters 5 weist keilförmige Strukturen 11 auf. Die Tiefe der Strukturen ist
dabei deutlich kleiner als die Dicke des Lichtleiters. Das in dem Lichtleiter 5 geführte
Licht wird an diesen Strukturen 11 derart gestreut, dass es mit einem Winkel unter
halb dem Winkel der Totalreflexion auf die Fläche 9 des Lichtleiters 5 trifft, wodurch
eine Auskopplung des Lichts in den Fahrzeuginnenraum 2 erzielt wird.
Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtdachs ist in Fig. 3 gezeigt.
In den flächigen Lichtleiter 5 sind Streuzentren 12 mit einer Größe kleiner als die
Lichtwellenlänge und Streuzentren 13 mit einer Größe größer als die Lichtwellenlänge
eingebracht. Das Licht wird an den Streuzentren 12, 13 gestreut und in den Fahr
zeuginnenraum 12 geleitet.
Claims (14)
1. Lichtleitsystem zur Verbesserung der Lichtverhältnisse im Innenraum eines
Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrisch ein- und ausschaltbare Lichterzeu
gungseinheit (3) und einen Lichtleiter (5) zur Lichtführung, der zur Einkopplung
des Lichts mit der Lichterzeugungseinheit (3) gekoppelt ist, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Lichteiter (5) im Bereich der Innenverkleidung des Fahr
zeugdachs (1) angeordnet und als flächiger Lichtleiter ausgebildet ist, wobei die
Einkopplung des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen (7, 8) des Licht
leiters (5) erfolgt und dass der flächige Lichtleiter (5) derart präpariert ist, dass
das Licht aus dem Lichtleiter (5) großflächig und homogen in den Innenraum (2)
des Fahrzeugs auskoppelt.
2. Lichtleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige
Lichtleiter (5) ein transparenter Thermoplast, insbesondere Polymethyl
methacrylat oder Polycarbonat mit einer Dicke von 0,1 bis 5 cm, insbesondere
zwischen 0,3 und 1,5 cm, und einer Breite von 1 bis 3 m ist.
3. Lichtleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass zur homogenen und flächigen Auskopplung des Lichts aus dem
Lichtleiter (5) die Oberfläche (6, 9) des flächigen Lichtleiters (5) mittels Aufrau
ung, Prägung oder Bohrung strukturiert ist.
4. Lichtleitsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Innen
raum (2) des Fahrzeugs abgewandte Oberfläche (6) des flächigen Lichtleiters
(5) eine Pyramiden-, Keil- oder Kegelstruktur (11) mit einer Kantenlänge deut
lich größer als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, insbesondere zwischen
10 µm und 3 mm, sowie einem Neigungswinkel zwischen 20° und 70° aufweist.
5. Lichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass zwischen dem Fahrzeugdach (1) und dem Lichtleiter (5) eine reflektierende
Abdeckung (14) vorhanden ist, wobei die Abdeckung (14) nicht in opti
schem Kontakt mit dem Lichtleiter (5) steht.
6. Lichtleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass eine zusätzliche Streuscheibe vorhanden ist, welche auf der dem
Innenraum (2) des Fahrzeugs zugewandten Fläche (9) des Lichtleiters (5) an
geordnet ist, wobei die Streuscheibe nicht in optischem Kontakt mit dem Licht
leiter (5) steht.
7. Lichtleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass der flächige Lichtleiter (5) eingebrachte Streuzentren (12, 13)
aufweist.
8. Lichtleitsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzen
tren (13) hoch lichtbrechende Pigmente, insbesondere TiO2, oder Lufteinschlüs
se mit einer Teilchengröße deutlich größer als die Lichtwellenlänge, insbeson
dere zwischen 1 µm und 3 mm, sind.
9. Lichtleitsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Streuzentren (13) Fasern oder eingefärbte Partikel sind.
10. Lichtleitsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzen
tren (12) Teilchen mit einer Teilchengröße unterhalb der Lichtwellenlänge, ins
besondere kleiner als 300 nm sind.
11. Lichtleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass ein elektrischer Regelkreis und ein Helligkeitssensor vorhanden
sind, welche die in den Innenraum (2) des Fahrzeugs abgestrahlte Lichtleistung
an die Umgebungshelligkeit anpassen.
12. Lichtleitsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Lichterzeugungseinheit (3) eine oder mehrere Leuchtstoffröh
ren, Leuchtschnüre oder eine Leuchtdioden ist.
13. Lichtleitsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der
Lichterzeugungseinheit (3) mittels eines Reflektor- und/oder Blendensystems
(4) in den flächigen Lichtleiter einkoppelbar ist.
14. Lichtleitsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lichterzeugungseinheit (3) in den flächigen Lichtleiter (5) integriert ist.
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DE10123263B4 DE10123263B4 (de) | 2005-12-08 |
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DE10123263A Expired - Fee Related DE10123263B4 (de) | 2001-05-12 | 2001-05-12 | Lichtleitsystem für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs |
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