DE10160259A1

DE10160259A1 - Leuchtanordnung bzw. Lichtleiter für eine Leuchtanordnung

Info

Publication number: DE10160259A1
Application number: DE10160259A
Authority: DE
Inventors: Pascal Benoit
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-06-18

Abstract

Es wird eine Leuchtanordnung mit einer Lichtquelle (24) und einem beleuchtenden Leuchtelement (50), die relativ zueinander um eine Drehachse (23) drehbar sind, vorgeschlagen, die eine Lichtleitereinheit (21) umfasst, die außerhalb der Drehachse eingekoppeltes Licht zum Leuchtelement (50) umlenkt. Erfindungsgemäß umfasst die Lichtleitereinheit (21) eine zur Drehachse (23) wenigstens quasi rotationssymmetrische Einkoppelfläche (20) sowie eine Auskoppelfläche (22), die von der Drehachse durchdrungen wird und so ausgebildet ist, dass durch die Auskoppelfläche (22) eine Umlenkung bzw. Fokussierung von außerhalb der Drehachse (23) an der Einkoppelfläche (20) eingestrahltem Licht einer Punktlichtquelle (24) unabhängig von der Einkoppelstelle in einen vorgegebenen Zielbereich (52) am Leuchtelement (50) erfolgt. Darüber hinaus wird eine Lichtleitereinheit für eine derartige Leuchtanordnung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lichtleitereinheit für eine Leuchtanordnung.

Stand der Technik

In der Praxis stellt sich häufig das Problem, einen Zeiger, z. B. eines Kombiinstrumentes in einem Fahrzeug unabhängig von der Drehung des Zeigers gleichmäßig zu beleuchten. Bei bekannten Zeigersystemen wird dazu der Zeiger als Lichtleiter ausgebildet. Ein weiterer Lichtleiter oder ein bzw. mehrere Prismen dienen dazu, Licht einer Lichtquelle in den "Lichtleiter-Zeiger" einzukoppeln. Der Bereich der Achse der Drehbewegung muss dabei normalerweise für eine Drehwelle freigehalten werden, weshalb nur Lichtquellen außerhalb dieses Drehachsenbereichs angeordnet werden können. Um eine gleichmäßige Beleuchtung des Zeigers über seinen vorbestimmten Drehbereich zu erhalten, müssen regelmäßig um die Drehachse herum mehrere Lichtquellen vorgesehen werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Lichteinkopplung in den Lichtleiter-Zeiger wird jedoch immer nur ein Teil der Lichtquellen (z. B. Leuchtdioden) in einer bestimmten Drehstellung genutzt.
In Fig. 6 und 7 im Anschluss an die erfindungsgemäßen Figuren sind in jeweils einem schematischen Schnittbild Lichtleiter-Zeiger mit entsprechender Einkopplung und Lichtquelle dargestellt. Fig. 6 zeigt einen Zeiger 61 in den über ein Prisma 62 Licht einer Lichtquelle 63 eingekoppelt wird. Der prinzipielle Strahlengang des eingekoppelten Lichtes ist durch Lichtstrahlen 64 symbolisiert. Die Lichtquelle 63 muss außerhalb einer Drehachse 65 des Zeigers 61 angeordnet werden, da der Zeiger 61 über eine in der Drehachse 65 liegende Welle 66 angetrieben wird. Die Einkopplung von Lichtstrahlen 64 in den Zeiger 61 ist nur effizient, wenn Licht auf eine Ebene 67 des Prismas 62 fällt. Daher sind mehrere Lichtquellen 63, vorzugsweise rotationssymmetrisch um die Achse 65 vorzusehen, um eine gleichbleibende Ausleuchtung des Zeigers 61 über den gesamten Drehbereich zu erhalten.
In Fig. 7 wird in einen Zeiger 71 über einen Lichtleiter 72 Licht einer außerhalb einer Drehachse 73 angeordneten Lichtquelle 74 eingekoppelt. Der Strahlengang des Lichtes ist durch die Lichtstrahlen 75 symbolisiert. Auch bei diesem Beispiel aus dem Stand der Technik wird Licht nur effektiv in den Zeiger 71 eingekoppelt, wenn es auf eine entsprechend ausgerichtete Fläche 76 des Lichtleiters 72 trifft. Bei einer Drehung des Zeigers ändert sich die Lage der Fläche 76 in Bezug auf die Lichtquelle 74, so dass von der Lichtquelle 74 immer weniger Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Um eine gleichbleibende Beleuchtung des Zeigers 71 zu erhalten, sind auch in diesem Fall mehrere Lichtquellen erforderlich, die vorzugsweise konzentrisch um die Achse 73 im Drehbereich des Zeigers 71 angeordnet sind.
Eine ähnliche Problematik wie bei zu beleuchtenden Zeigern ergibt sich auch bei Drehknöpfen von Bediengeräten, die in einem vorgegebenen Bereich unabhängig von der Drehstellung immer gleichbleibend beleuchtet werden sollen.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Beleuchtung von insbesondere drehbaren Leuchtelementen, wie Zeiger oder Bedienknöpfe effektiver zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 8 gelöst. Die Erfindung geht von einer Leuchtanordnung mit einer Lichtquelle und einem Leuchtelement aus, die relativ zueinander um eine Drehachse verdrehbar sind. Die Leuchtanordnung umfasst weiter eine Lichtleitereinheit, die außerhalb der Drehachse eingekoppeltes Licht zum Leuchtelement umlenkt. Der Kern dieser Erfindung liegt nun darin, dass die Lichtleitereinheit eine zur Drehachse wenigstens quasi rotationssymmetrische Einkoppelfläche sowie eine Auskoppelfläche umfasst, die von der Drehachse durchdrungen wird und so ausgebildet ist, dass durch die Auskoppelfläche eine Umlenkung bzw. Fokussierung von außerhalb der Drehachse an der Einkoppelfläche eingestrahltem Licht einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle unabhängig von der Einkoppelstelle auf der Einkoppelfläche in einen vorgegebenen Zielbereich am Leuchtelemente erfolgt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass für die gleichmäßige Beleuchtung eines sich drehenden Elements oder einer sich mit einem Element mitdrehenden zu beleuchtenden Fläche lediglich eine Lichtquelle erforderlich ist und dennoch eine Ausleuchtung mit gleicher Intensität ermöglicht wird. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, dass mit einfachen Oberflächenformen von Auskoppelflächen eine Abbildung einer unterschiedlich positionierten Punktlichtquelle in einen gleichbleibenden Zielpunkt, d. h. einen Punkt der zu beleuchten ist, realisiert werden kann. Unter quasi rotationssymmetrisch ist im Sinne der Erfindung eine streng rotationssymmetrische Einkoppelfläche, aber auch eine solche zu verstehen, die wenigstens über einen Teilbereich einer 360° Drehung sich zumindest annähernd so verhält, wie eine rotationssystemmetrische Einkoppelfläche. Muss z. B. ein Zeiger nur über einen Winkelbereich von 150° homogen beleuchtet werden, ist es vollkommen ausreichend, wenn die Einkoppelfläche in einem entsprechenden Winkelbereich, der ggf. etwas größer ist, bspw. 170°, quasi rotationssystemmetrisch zur Drehachse ist. Als quasi- rotationssystemmatisch wird z. B. auch ein mehreckiger, polygonartiger oder leicht unrunder Verlauf der Einkoppelfläche verstanden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Leuchtelement ein Drehelement, das sich um eine Drehachse drehen kann und die Lichtleitereinheit ist so angeordnet, dass sie sich zusammen mit dem Drehelement mitdreht. Das Drehelement kann z. B. ein Drehknopf sein oder ein Zeiger, z. B. ein "Lichtleiter-Zeiger" eines Kombiinstruments. Es sind jedoch aus Ausführungsformen denkbar, bei welchen das Leuchtelement feststeht, dagegen sich relativ dazu die Lichtquelle bewegt.
Häufig wird es so sein, dass der Zielbereich, in den das Licht umgelenkt bzw. fokussiert werden soll, außerhalb der Drehachse angeordnet ist. Dies ist beispielsweise bei einem Lichtleiter-Zeiger eines Kombiinstruments der Fall. In einer anderen Ausführungsform kann jedoch der Zielbereich auch auf der Drehachse liegen, so dass "außerachsiges" Licht in einen Zielbereich fokussiert wird, der im Bereich der Drehachse liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auskoppelfläche gewölbt, beispielsweise in der Art einer Linsenoberfläche.
Durch diese geometrische Form lässt sich in einfacher Weise eine Abbildung von Lichtstrahlen in einen Zielbereich realisieren.
Sofern der Zielbereich außerhalb der Drehachse liegt, ist es im Weiteren vorteilhaft, wenn die Auskoppelfläche zur Drehachse geneigt, d. h. zur Drehachse asymmetrisch ist.
Um die Leuchtanordnung einfach auszugestalten, wird im Weiteren vorgeschlagen, dass die Lichtleitereinheit als einstückiges Element, z. B. als Spritzgussteil realisiert ist.

Zeichnungen

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in einem perspektivischen Prinzipbild den Strahlengang zur Verdeutlichung der Abbildung einer erfindungsgemäßen Lichtleitereinheit,
Fig. 2 und 3 in jeweils einem schematischen Schnittbild eine stark vereinfachte Lichtleitereinheit mit unterschiedlichen Lichteinkoppelflächen,
Fig. 4 und 5 in einem schematischen Schnittbild eine Lichtleitereinheit gemäß Fig. 2 in der Anordnung mit einem Drehknopf bzw. "Lichtleiter-Zeiger" und
Fig. 6 und 7 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Lichtleiter-Zeigers mit einer Lichteinkopplung gemäß dem Stand der Technik.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt stark schematisiert die für eine Lichteinkopplung optisch relevanten Oberflächen 2, 3 einer Lichtleitereinheit 1 mit angedeuteten Lichtstrahlengängen, unter anderem der Strahlengang bei der Abbildung einer Punktlichtquelle 4 in einen Zielpunkt 5.
Die Lichtleitereinheit 1 ist um eine Drehachse 6 beispielsweise zusammen mit einem Lichtleiter-Zeiger drehbar gelagert, wogegen die Punktlichtquelle 4 feststeht. Für die Drehbewegung wiest der Zeiger eine Drehwelle 6a auf. Die untere Oberfläche der Lichtleitereinheit, die Einkoppelfläche 2, ist rotationssymmetrisch zur Drehachse 6 ausgebildet, beispielsweise in Form eines nach außen gewölbten Ringes. Die Lichtstrahlen 7 der Punktlichtquelle 4 werden hierdurch mehr oder weniger parallel auf die obere Oberfläche, die Auskoppelfläche 3, der Lichtleitereinheit 1 abgebildet. Diese ist derart asymmetrisch zur Drehachse 6ausgebildet, dass alle Lichtstrahlen, die von der ringförmigen Einkoppelfläche 2 kommen, in einen Zielpunkt 5 außerhalb der Drehachse 6 fokussiert werden. Die Auskoppelfläche 3 hat hierzu beispielsweise die Form einer gekippten Linsenoberfläche, um diese Abbildungsvorschrift zu ermöglichen.
Durch diese Anordnung ist es nun völlig unerheblich, auf welche Stelle Licht einer Punktlichtquelle auf die ringförmige Einkoppelfläche 2 trifft. Es wird immer in den Zielpunkt 5 abgebildet. D. h., wenn die Lichtquelle ortsfest ist, aber sich die Lichtleitereinheit 1 dreht, dreht sich in gleicher Weise der Zielpunkt mit der Lichtleitereinheit 1 mit, in den das Licht der Punktquelle 4 abgebildet wird. Wenn nun der Zielpunkt 5 oder ein entsprechend vergrößerter Zielbereich Einkoppelbereich eines Lichtleiter-Zeigers ist, der sich zusammen mit der Lichtleitereinheit 1 dreht, wird unabhängig von der Drehstellung der Anordnung das Licht der Punktquelle 4 immer in den Einkoppelbereich des Zeigers fokussiert, so dass dieser unabhängig von der Drehstellung immer gleichbleibend beleuchtet ist.
Je nachdem in welcher Position eine Punktlichtquelle bzw. eine punktartige Lichtquelle angeordnet ist, gegebenenfalls auch mehrere derartige Lichtquellen in Bezug zur Einkoppelfläche für mehrere Zielbereiche, wird die Einkoppelfläche 2 zum Erreichen der gewünschten optischen Wirkungen unterschiedlich ausgestaltet.
In den Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsformen von Einkoppelflächen 20, 30 schematisch dargestellter Lichtleitereinheiten 21, 31 mit linsenförmigen Auskoppelflächen 22, 32 und Drehachsen 23, 33 abgebildet. Die Lichtleitereinheiten 21, 31 weisen für die Ausführung einer Drehbewegung Drehwellen 23a und 33a auf.
Fig. 2 entspricht einem Schnitt durch eine Ausführungsform gemäß Fig. 1. Die Einkoppelfläche 20 hat eine kreisringförmige nach außen gewölbte Struktur, wodurch Lichtquellen, die im Bereich eines mittleren Durchmessers dm des Kreisrings mit einem inneren Durchmesser di und einem äußeren Durchmesser da angeordnet sind, über die Auskoppelfläche 22 sicher in einen Zielbereich abgebildet werden.
Hingegen ist die Einkoppelfläche 30 der Lichtleitereinheit 31 konkav, so dass auch Punktlichtquellen auf einer Kreislinie mit einem größeren Durchmesser dx als der Außendurchmesser da der Einkoppelfläche 30 auf die Auskoppelfläche 32 und dann auf einen gewünschten Zielbereich (nicht dargestellt) abgebildet werden.
Fig. 4 zeigt einen Drehknopf 40, bei welchem ein Bereich 41 mittels einem Lichtleiter 21 und einer Punktlichtquelle 24 gemäß Fig. 2 unabhängig von der Drehstellung des Drehknopfes beleuchtet wird. Beispielsweise handelt es sich um einen Drehknopf eines Bediengerätes für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug.
In Fig. 5 ist ein aus einem Lichtleiter bestehender Zeiger 50 mit einer drehknopfähnlichen Aufnahme 51 der um eine Drehachse 23 drehbar gelagert ist, abgebildet. Auf eine schräge Fläche 52 des Lichtleiter-Zeigers 50 wird Licht über eine Lichtleitereinheit 21 einer Punktlichtquelle 24 entsprechend Fig. 2 eingekoppelt. An der schrägen Fläche 52 des Lichtleiters 50 werden Lichtstrahlen 53 auf eine Unterseite 54 des Lichtleiterzeigers 50 umgelenkt und dort aufgrund von Totalreflexion in einem Winkel reflektiert, dass die Lichtstrahlen den allmählich sich verjüngenden Zeiger an der Oberseite 55 verlassen können. Damit erscheint die Oberseite 55 für den Betrachter hell.
In beiden Anordnungen gemäß Fig. 4 und 5 dreht sich mit dem Drehkopf 40 bzw. mit dem Lichtleiterzeiger 50 die jeweilige Lichtleitereinheit 21 mit, wogegen die jeweilige Punktlichtquelle 24 ortsfest ist. Aufgrund der Abbildungsoptik wird jedoch bei einer Drehung die Punktlichtquelle 24 immer in den Zielbereich 41 bzw. 52 fokussiert.

Claims

1. Leuchtanordnung mit einer Lichtquelle (4, 24) und einem zu beleuchtenden Leuchtelement (40, 50), die relativ zueinander um eine Drehachse (6, 23, 33) drehbar sind und mit einer Lichtleitereinheit (1, 21, 31), die außerhalb der Drehachse (6, 23, 33) eingekoppeltes Licht zum Leuchtelement (40, 50) umlenkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitereinheit (1, 21, 31) eine zur Drehachse wenigstens quasi rotationssymmetrische Einkoppelfläche (2, 20, 30) sowie eine Auskoppelfläche (3, 22, 32) umfasst, die von der Drehachse (6, 23, 33) durchdrungen wird und derart ausgebildet ist, dass durch die Außenkoppelfläche (3, 22, 32) eine Umlenkung bzw. Fokussierung von außerhalb der Drehachse (6, 23, 33) an der Einkoppelfläche (2, 20, 30) eingestrahltem Licht einer im wesentlichen punktförmigen Lichtquelle (4, 24, 34) unabhängig von der Einkoppelstelle auf der Einkoppelfläche (2, 20, 30) in einen vorgegebenen Zielbereich (5, 41, 52) am Leuchtelement (40, 50) erfolgt.

2. Leuchtanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtelement (40, 41) ein Drehelement ist, das sich um die Drehachse (6, 23, 33) drehen kann und die Lichtleitereinheit (1, 21, 31) für eine drehbare Anordnung zusammen mit dem Drehelement (40, 50) ausgelegt ist.

3. Leuchtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielbereich (5, 41, 42) außerhalb der Drehachse (6, 23, 33) angeordnet ist.

4. Leuchtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelfläche (3, 22, 32) gewölbt ist.

5. Leuchtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelfläche (3, 22, 32) eine linsenartige Oberfläche besitzt.

6. Leuchtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelfläche (3, 22, 32) zur Drehachse (6, 23, 33) geneigt ist.

7. Leuchtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitereinheit (1, 21, 31) einstückig ist.

8. Lichtleitereinheit für eine Leuchtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.