DE102004026530B3

DE102004026530B3 - Optikkörper

Info

Publication number: DE102004026530B3
Application number: DE102004026530A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Wimbert
Original assignee: FER Fahrzeugelektrik GmbH
Current assignee: FER Fahrzeugelektrik GmbH
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2004-05-29
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-05-30
Also published as: EP1600908A3; US20050265041A1; EP1600908A2

Abstract

In einen Optikkörper (3) wird das von einer Lichtquelle (1) in einen kegelförmigen Raumbereich mit einer sich in Z-Richtung erstreckenden Zentralachse (ZS) abgegebene Licht eingekoppelt. Er ist in einer Schnittebene, die durch die Z-Richtung und eine hierzu senkrechte X-Richtung aufgespannt ist, im Wesentlichen V-förmig. Die jeweils Außen- und Innenwandbereiche aufweisenden V-Schenkel (5, 6) sind zur Zentralachse symmetrisch angeordnet und konvergieren zu einem Basisteil (8) des Optikkörpers. Zur Erzielung einer gleichförmigen Lichtverteilung weist der Basisteil eine Vertiefung (10) mit einer solchen Tiefe auf, dass sich eine Lichtquelle, deren Lichtkegel einen Scheitelwinkel von nahezu 180 DEG besitzt, so weit in sie hinein erstreckt, dass im Wesentlichen ihr gesamtes Licht in den Optikkörper eingekoppelt wird. Teile der eintretenden Randbereiche des Lichtkegels werden auf Außenwandbereiche des Basisteils umgelenkt, dort reflektiert und dann durch mehrfache Reflexionen zwischen einander gegenüberliegenden Teilabschnitten der Innen- und Außenwandbereiche eines jeden der V-Schenkel von der Zentralachse weg nach außen verteilt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Optikkörper gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie Optikanordnungen, die eine Vielzahl solcher Optikkörper umfassen und für Leuchten, insbesondere Kraftfahrzeugleuchten, geeignet sind.

Aus der Druckschrift EP 1 005 619 B1 ist ein solcher Optikkörper bekannt, in den jedoch das Licht einer Leuchtdiode eingekoppelt wird, die ihre Strahlung in einen kegelförmigen Raumwinkelbereich mit einem Scheitelwinkel abgibt, der erheblich kleiner als 180° ist. Der ebenen, zum Zentralstrahl des Lichtbündels senkrecht verlaufenden und nur eine geringe Brechung bewirkenden Eintrittsfläche für diesen relativ engen Lichtkegel liegt ein zur Eintrittsfläche paralleler, kreisförmiger, ebener Austrittsbereich mit sehr kleinem Durchmesser gegenüber, durch den nur die den Zentralstrahl des Lichtbündels unmittelbar umgebenden Lichtanteile den Optikkörper wieder verlassen und sich dabei im wesentlichen geradlinig beziehungsweise mit geringer Divergenz ausbreiten. Die Lichtanteile, die dieses zentrale Bündel umgeben, fallen auf innere, das heißt das Zentrum des Optikkörpers umgebende Grenzflächen, an denen sie durch Totalreflexion im wesentlichen senkrecht zur Richtung des Zentralstrahls so umgelenkt werden, dass sie sich im Optikkörper radial nach außen ausbreiten. Im weiteren Verlauf treffen sie auf äußere Grenzflächen, die so strukturiert und gerichtet sind, dass ebenfalls durch Totalreflexion eine erneute Umlenkung der Lichtstrahlen um 90° erfolgt, so dass sie sich im Optikkörper zunächst wieder parallel zum Zentralstrahl ausbreiten, um dann ohne Brechung durch eine ebene, der Lichteintrittsseite gegenüberliegende Grenzfläche auszutreten.

Insgesamt dient dieser bekannte Optikkörper also als Kollimator, der das zunächst sehr enge und nicht sehr stark divergierende Lichtbündel der Lichtquelle parallelisiert und senkrecht zur Richtung des Zentralstrahls aufweitet. Dabei wird aber keine sehr gleichmäßige Intensitätsverteilung erzielt, da das zentrale aus dem Optikkörper austretende Lichtbündel zwar sehr hell ist aber nur einen sehr kleinem Durchmesser besitzt, so dass in Draufsicht ein heller Zentralpunkt entsteht, der von einer dunklen Ringfläche umgeben ist, die durch die Totalreflexion an den inneren Grenzflächen des Optikkörpers entsteht.

Zwar ist der bekannte Optikkörper insofern sehr flach, als er in Richtung des Zentralstrahls eine vergleichsweise geringe Ausdehnung aufweist, doch besitzt ihr insbesondere dann, wenn er so geformt werden soll, dass er das Lichtbündel erheblich aufweitet, eine stark variierende Materialstärke, was bei einer Herstellung im Spritzgußverfahren ungünstig ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Optikkörper der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit seiner Hilfe eine möglichst gleichförmige Intensitätsverteilung in dem aufgeweiteten Lichtbündel erzielt werden kann und sich seine Herstellung möglichst einfach und kostengünstig gestaltet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.

Im Gegensatz zum oben erläuterten Stand der Technik ist der Optikkörper gemäß der Erfindung in der Lage, mit einer Lichtquelle, insbesondere einer Leuchtdiode, zusammenzuwirken, die ihr Licht mit einer Lambert'schen Verteilung in einen nahezu halbkugelförmigen Raumbereich abstrahlt, d. h. also einen Lichtkegel emittiert, dessen Scheitelwinkel nahezu 180° beträgt. Die radiale Verteilung dieses Lichts erfolgt unter anderem auch dadurch, dass die durch die Umfangswand der Vertiefung in den Optikkörper eintretenden Randbereiche dieses sehr weiten Lichtkegels durch Brechung zunächst noch mehr aufgeweitet werden, um dann auf außen liegende Wandbereiche des Basisteils des Optikkörpers zu treffen, an denen sie so reflektiert werden, dass sie sich im Inneren des Optikkörpers parallel oder mit einer geringen Divergenz zum Zentralstrahl weiter ausbreiten. Dadurch können die Innenwandabschnitte des erfindungsgemäßen Optikkörpers in zwei Arten von Teilabschnitten unterteilt werden, die im allgemeinen alternierend angeordnet sind und von denen die ersten ähnlich wie beim Stand der Technik so geformt und ausgerichtet sind, dass sie das auf sie auftreffende, zum Zentralstrahl in etwa parallele Licht radial nach außen reflektieren, zwischen denen sich aber anders als bei dem bekannten Optikkörper zweite Teilabschnitte befinden, die das auf sie auftreffende, ebenfalls zum Zentralstrahl in etwa parallele Licht aus dem Optikkörper ohne oder mit einer genau steuerbaren Richtungsänderung auskoppeln. Diese Richtungsänderung kann dadurch erzielt werden, dass in diesen zweiten Teilabschnitten Linsenstrukturen vorgesehen sind, die das durch sie hindurchtretende Licht so ablenken, dass die durch die benachbarten, reflektierenden Teilabschnitte erzeugten dunkleren Zonen aufgehellt werden und eine sehr gleichförmige Intensitätsverteilung entsteht.

Zwar ist aus US 2003/0133307 A1 eine optische Anordnung bekannt, die aus einem für das Licht einer Lichtquelle durchlässigen Material besteht und einen an der Lichtquelle angeordneten Basisbereich und zur zentralen Achse symmetrisch angeordnete Reflektorelemente besitzt, wobei in den Basisbereich eine Vertiefung eingesenkt ist, die eine zur Zentralachse konzentrische Umfangswand und eine solche Tiefe aufweist, daß sich eine Lichtquelle, die ihr Licht in einen kegelförmigen Raumbereich mit einem Scheitelwinkel von nahezu 180° abgibt, so weit in sie hinein erstrecken kann, daß im wesentlichen ihr gesamtes Licht in die optische Anordnung eingekoppelt wird. Der Basisbereich ist als Sammellinse ausgebildet, welche den Öffnungswinkel des zentralen Teils des von der Lichtquelle kommenden Lichtbündels verringert. Die Randbereiche dieses Lichtbündels treffen auf die Reflektorelemente und werden von diesen durch eine einmalige Reflexion so umgelenkt, daß sie in etwa parallel zur Zentralachse des von der Lichtquelle kommenden Lichtbündels verlaufen. Irgendwelche optischen Mittel zu einer differenzierten Beeinflussung der Intensitätsverteilung des aus dem Optikkörper austretenden Lichts sind nicht vorgesehen.

Es ist klar, dass beim erfindungsgemäßen Optikkörper der innerste auskoppelnde Teilabschnitt, der der Stirnfläche der in den Basisteil eingearbeiteten Vertiefung direkt gegenüber liegt, von den hellsten Lichtanteilen durchleuchtet wird. Um dies zu kompensieren, wird die Größe dieses Teilabschnitts bevorzugt kleiner gewählt als die der weiter außen liegenden, etwas lichtschwächeren auskoppelnden Teilabschnitte.

Ein besonderer Vorteil der alternierenden Anordnung von reflektierenden und auskoppelnden Teilabschnitten besteht darin, dass sie dem erfindungsgemäßen Optikkörper eine stufenförmige Struktur verleiht, die zu geringeren Unterschieden der Materialstärke führt, als dies beim Stand der Technik der Fall ist.

Durch eine Vergrößerung der Anzahl der im Inneren des Optikkörpers erfolgenden Reflexionen zwischen Innen- und Außenwandbereichen, läßt sich ein noch größerer Bereich mit ei ner einzigen Lichtquelle ausleuchten. Zwischen den für diese größere Anzahl von Reflexionen erforderlichen reflektierenden Teilabschnitten der Innenwandbereiche liegen dann immer wieder auskoppelnde Teilabschnitte, die somit über den ganzen Aufweitungsbereich verteilt angeordnet sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Optikkörper auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils durch eine ebene Fläche begrenzt, wobei diese Flächen zu einer sich durch den Zentralstrahl des den Optikkörper durchsetzenden Lichtbündels erstreckenden Zentralebene spiegelsymmetrisch, vorzugsweise parallel zu einander angeordnet sind. Somit ist der Optikkörper bezüglich des Zentralstrahls nicht mehr rotationssymmetrisch und verteilt das in ihn eingekoppelte Licht in einer zur erwähnten Zentralebene parallelen Vorzugsrichtung über eine wesentlich größere Länge als in der hierzu senkrechten Richtung.

Solche Optikkörper lassen sich auf sehr einfache Weise so aneinander anfügen und insbesondere einstückig herstellen, dass ihre Vorzugsrichtungen miteinander fluchten und die so gebildete Optikanordnung in der Lage ist, eine schmale, aber sehr langgestreckte Lichtdurchtrittsfläche mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Leuchtdioden mit sehr hoher Gleichmäßigkeit auszuleuchten, wie dies beispielsweise bei hochgesetzten Bremsleuchten für Kraftfahrzeuge erforderlich ist. Diese Gleichmäßigkeit läßt sich erfindungsgemäß noch dadurch verbessern, dass man der Reihe von Optikkörpern eine weitere Verteiloptik nachordnet, die beispielsweise von einer Lichtscheibe gebildet wird, die auf ihrer den Optikkörpern zugewandten und/oder von den Optikkörpern abgewandten Seite als optisch aktives Bauelement ausgebildet ist.

Besonders bevorzugt ist der Fall, in welchem diese Scheibe auf ihrer den Optikkörpern zugewandten Seite eine Vielzahl von Zylinderlinsen aufweist, deren zueinander parallele Achsen quer zur Längsrichtung der Scheibe bzw. zur oben erwähnten Vorzugsrichtung der Optikkörper-Reihe verlaufen, und auf ihrer Außenseite eine einzige, durchgehende Zylinderlinse bildet, deren Achse senkrecht zu den Zylinderlinsen auf der Innenseite steht. Dadurch besitzt die Scheibe eine völlig glatte Außenseite, so dass sie auch in den Fällen als Lichtdurchtrittsscheibe einer Fahrzeugleuchte dienen kann, in denen diese für einen Außeneinbau vorgesehen ist, die Lichtdurchtrittsscheibe also nicht durch weitere Transparentescheiben abgedeckt und gegen Verschmutzung geschützt wird.

Für Inneneinbau-Anwendungsfälle kann die Scheibe auch mit Kissen-Optiken versehen sein, die ihrer Außenseite eine Struktur mit Erhebungen und Vertiefungen verleihen.

Vorzugsweise kann die weitere Verteiloptik aus dem gleichen spritzgußfähigen Material wie die Optikkörper bestehen, so dass alle diese Elemente einstückig miteinander verbunden als ein einziges Bauteil hergestellt werden können. Zur Stabilisierung eines solchen Gießteils ist die von den miteinander verbundenen Optikkörpern gebildete vorverteilende Optik vorzugs weise über durchgehende Stege mit der vorgesetzten Scheibe verbunden oder aber es sind am Außenrand Verbindungsstege vorhanden, die vorzugsweise nicht im sichtbaren Bereich der Optik liegen.

Die vorgesetzte Scheibe kann quer zur Längsrichtung eine größere Abmessung besitzen als die vorverteilende Optik. In diesem Fall wird das Licht der auskoppelnden Teilabschnitte der vorverteilenden Optik mit Hilfe von auf diesen auskoppelnden Teilabschnitten vorgesehenen Linsen so aufgeweitet, dass die vorgesetzte Scheibe auch quer zur Längsrichtung gleichmäßig und vollständig ausgeleuchtet wird. Die auf der Scheibe angeordneten, optisch aktiven Strukturen können, falls nötig, zur Korrektur einer unterschiedlichen Aufweitung verwendet werden.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Optikkörpers bzw. von Optikanordnungen, die von mehreren solchen Optikkörpern gebildet werden, sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Optikkörper gemäß der Erfindung,
2a eine Optikanordnung mit einer Vielzahl von in einer Reihe miteinander verbundenen Optikkörpern aus 1 mit einer weiteren nachgeordneten Verteiloptik,
2b eine Ansicht von unten der Optikanordnung aus 2a und
3 eine der 2a ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Optikanordnung.
In 1 ist eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 1 dargestellt, die, wie durch den in 1 rechten Lichtstrahl 2 angedeutet ist, ihr Licht mit einer in etwa Lambert'schen Verteilung in einen kegelförmigen Raumbereich abstrahlt, dessen Scheitelwinkel nahezu 180° beträgt.
Für die folgenden Erläuterungen wird ein Koordinatensystem X, Y und Z verwendet, wobei die Z-Richtung durch die Zentralachse ZS des von der Lichtquelle 1 abgegebenen Lichtbündels definiert sein soll. Die Zeichnungsebenen der 1, 2a und 3 werden jeweils durch die Richtung Z und eine hierzu senkrechte Richtung X aufgespannt. Die senkrecht zu diesen X-Z-Ebenen verlaufende Y-Richtung entspricht somit der Blickrichtung des Betrachters.
Um einen möglichst großen Teil des von der Lichtquelle 1 abgegebenen Lichtes für eine möglichst gleichförmige Ausleuchtung eines Flächenbereiches einzusetzen, der in Richtung der Zentralachse ZS von hinten her in etwa senkrecht durchleuchtet wird, d.h. also in einer zur X-Y-Ebene parallelen Ebene liegt, ist der Lichtquelle 1 ein Optikkörper 3 nachgeordnet, der in der durch die Zentralachse ZS der Lichtquelle 1 verlaufenden Schnittebene der 1 in etwa V-förmig ausgebildet ist.
Seine beiden V-Schenkel 5, 6 sind zur Zentralachse ZS symmetrisch angeordnet und konvergieren zu einem Basisteil 8 hin, mit dem sie einstückig verbunden sind, und der sich in unmittelbarer Nähe der Lichtquelle 1 befindet.
Tatsächlich ist in der der Lichtquelle 1 zugewandten Seite des Basisteils 8 eine eingesenkte Vertiefung 10 vorgesehen, die eine zylindrische Umfangswand 11 aufweist und deren in 1 oben liegende Stirnwand so gewölbt ist, dass sie eine Sammellinse 12 bildet.
Die Lichtquelle 1 ragt mit ihrem Gehäuse so weit in die Vertiefung 10 hinein, dass ihr Licht emittierender Bereich L in etwa mit dem Brennpunkt der Sammellinse 12 zusammenfällt, die dadurch als Kollimatorlinse für die auf sie auftreffenden Teile des von der Lichtquelle 1 abgegebenen Lichtes dient, so dass die betreffenden Lichtstrahlen im Inneren des Optikkörpers 3 zunächst in etwa parallel zur Zentralachse ZS verlaufen, wie dies durch den Lichtstrahl 15 dargestellt ist.
Außerdem ragt die Lichtquelle 1 so weit in die Vertiefung 10 hinein, dass praktisch das gesamte von ihr abgegebene Licht in den Optikkörper 3 eingekoppelt wird, wobei insbesondere die Außenbereiche des einen Scheitelwinkel von nahezu 180° besitzenden Lichtkegels durch die Umfangswand 11 der Vertiefung 10 hindurchtreten und dabei etwas zur X-Achse hin gebrochen werden, wie dies für die Lichtstrahlen 2 und 16 dargestellt ist.
Der durch diese beiden Lichtstrahlen 2, 16 angedeutete Randbereich des von der Lichtquelle 1 abgegebenen Lichtbündels trifft dann von innen her auf einen Außenwandbereich 18 des Basisteils 8, wobei dieser Außenwandbereich 18 so geformt und im Raum orientiert ist, dass er die auf ihn auftreffenden Lichtstahlen in etwa parallel zur Zentralachse ZS reflektiert. Die Form des Außenwandbereiches 18 weicht von einer Parabel, deren Brennpunkt mit dem Licht emittierenden Bereich L der Leuchtdiode 1 zusammenfällt, deswegen ab, weil beim Eintreten des Lichts durch die Umfangswand 11 der Vertiefung 10 eine Brechung zur X-Y-Ebene hin stattfindet.
Wie durch den Lichtstrahl 16 angedeutet, wird ein Teil des am Außenwandbereich 18 reflektierten Lichts im Inneren des Optikkörpers 3 so weitergeleitet, dass er dann, wenn er nach mehreren im Inneren des Optikkörpers 3 erfolgenden Reflexionen aus diesem austritt, einen wesentlich größeren Abstand von der Zentralachse ZS besitzt, als nach der ersten Reflexion am Außenwandbereich 18. Dies wird im folgenden noch genauer erläutert.
Auf seiner der Sammellinse 12 gegenüberliegenden Seite weist der Basisteil 8 einen zentralen Austrittsbereich 20 auf, der sich im wesentlichen senkrecht zur Zentralachse ZS erstreckt. Er kann entweder völlig eben sein, so dass das durch ihn hindurchtretende Licht zur Zentralachse ZS kollimiert bleibt. Alternativ ist er als Linse ausgebildet, die dem durch den Austrittsbereich 20 hindurchtretenden Lichtbündel eine gewünschte Divergenz verleiht. Dabei ist nicht nur die in 1 dargestellte Ausbildung als Zerstreuungslinse, sondern auch eine Ausbildung als Sammellinse möglich, wobei in letzterem Fall der Lichtstrahl 15 an einem durch die Brennweite dieser Sammellinse gegebenen Punkt die Zentralachse ZS überkreuzen würde, ohne dass dabei eine andere Divergenz des durch den Austrittsbereich 20 hindurchtretenden Lichtbündels entstehen muss.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden die sich an den Austrittsbereich 20 anschließenden Wandbereiche der V-Schenkel 5, 6 als „Innenwandbereiche" bezeichnet, weil sie näher bei der Zentralachse ZS liegen, während die sich an den Außenwandbereich 18 des Basisteils 8 anschließenden Wandbereiche der V-Schenkel 5, 6 als „Außenwandbereiche" bezeichnet werden.
Wie man der 1 entnimmt, sind die Innenwandbereiche der V-Schenkel 5, 6 in erste und zweite Teilabschnitte 22 bzw. 24 unterteilt, wobei die ersten Teilabschnitte 22 so geformt und gegen die Z-Richtung geneigt sind, dass sie das auf sie auftreffende, sich im Optikkörper 3 im wesentlichen parallel zur Zentralachse ZS ausbreitende Licht in etwa senkrecht zur ZS-Richtung zu den Außenwandbereichen der V-Schenkel 5, 6 hin reflektieren, wie dies für den Lichtstrahl 16 dargestellt ist.
Demgegenüber erstrecken sich die zweiten Teilabschnitte 24 im wesentlichen in Ebenen, die zur X-Y-Ebene parallel sind, d.h. also senkrecht zur Zentralachse ZS verlaufen.
Diese zweiten Teilabschnitte 24 können entweder völlig eben ausgebildet sein, so dass sich im Inneren des Optikkörpers 3 im wesentlichen parallel zur Z-Achse ausbreitende Licht durch sie ohne Richtungsänderung hindurchtritt, d.h. also seine Parallelität zur Zentralachse ZS beibehält.
Alternativ können diese zweiten Teilabschnitte 24 auch als lichtbrechende Linsen, beispielsweise als sammelnde oder zerstreuende Zylinderlinsen oder als Kissenoptiken ausgebildet sein, um eine weitere Feinverteilung des aus dem Optikkörper 3 austretenden Lichtes zu erzielen. Letzteres ist in 1 dargestellt, die wiedergibt, dass der Lichtstrahl 2 bei seinem Austreten durch den zugehörigen zweiten Teilabschnitt 24 eine deutliche Richtungsänderung erfährt. Zwar ist auch der Teilabschnitt 24, durch den der Lichtstrahl 16 austritt, als Linse ausgebildet, doch ist hier keine Richtungsänderung dargestellt, weil davon ausgegangen wird, dass der Lichtstrahl 16 durch diese Linse als Zentralstrahl hindurchtritt.
Wie man der 1 weiterhin entnimmt, weisen die Außenwandbereiche der V-Schenkel 5, 6 Teilabschnitte 26 auf, die so geformt und gegen die Z-Richtung geneigt sind, dass sie das von den ersten Teilabschnitten 22 der Innenwandbereiche kommende, sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung ausbreitende Licht so reflektieren, dass es sich danach im Inneren des Optikkörpers 3 im wesentlichen parallel zur Zentralachse ZS weiter ausbreitet.
Durch diese mehrfache Reflexion zwischen Teilabschnitten 22 der Innenwandbereiche und Teilabschnitten 26 der Außenwandbereiche der V-Schenkel 5, 6 läßt sich ein gegenüber dem nach der Reflexion an den Außenwandbereichen 18 des Basisteils 8 des Optikkörpers 3 kollimierten, d.h. zur Z-Achse parallelen Lichtbündel, erheblich erweitertes, aber nach wie vor zumindest näherungsweise kollimiert aus dem Optikkörper 3 austretendes Lichtbündel herstellen.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Innen- und Außenwandbereiche der V-Schenkel 5, 6 mehr als die dargestellten reflektierenden Teilabschnitte 22, 26 aufweisen können, so dass z.B. der Lichtstrahl 16 nach seiner Reflexion am Außenwandabschnitt 18 des Basisteils 8 nicht nur zweimal, sondern viermal oder häufiger reflektiert wird, wodurch eine noch stärkere Spreizung des vom Optikkörper 3 abgegebenen Lichtbündels möglich wird.
Die unmittelbar an den Austrittsbereich 20 anschließenden Teilabschnitte 22 der Innenwandbereiche der V-Schenkel 5, 6 sind in 1 mit der gleichen Neigung wie die zur Reflexion des Lichtstrahles 16 dienenden Teilabschnitte 22 dargestellt, und können ebenfalls reflektierend wirken. Dies bedeutet, dass durch sie nahezu kein Licht in Richtung der Zentralachses ZS austritt. Der dadurch potentiell entstehende, den Austrittsbereich 20 umgebende, dunkle Ringbereich wird durch die in 1 gezeigte Divergenz des durch den zentralen Austrittsbereich 20 austretenden Lichtbündels (siehe Lichtstrahl 15) aufgehellt.
Gleiches gilt auch für die weiter außen liegenden reflektierenden Teilabschnitte 22, die ebenfalls dadurch aufgehellt werden können, dass das durch die benachbarten, im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung verlaufenden Teilabschnitte 24 hindurchtretende Licht durch dort vorgesehene Linsen so gebrochen (gesammelt oder zerstreut) wird, dass es zumindest in einem gewissen Abstand von dem jeweiligen Teilabschnitt divergent ist, wie dies durch den Lichtstrahl 2 angedeutet ist.
Bei der bisherigen Beschreibung war impliziert worden, dass an den reflektierenden Teilabschnitten 18, 22 und 26 Totalreflexion auftritt. Dies ist der bevorzugte Fall. Um bei der Formgebung des Optikkörpers 3 und/oder bei der Wahl des Brechungsindexes seines Materials eine größere Gestaltungsmöglichkeit zu erhalten, ist es aber auch möglich, diese Flächen von außen her mit einer Spiegelschicht zu bedampfen, um die gewünschten Reflexionen zu erzielen. Auch kann die Reflexion an den betreffenden Teilabschnitten unter anderen als den beschriebenen Winkeln erfolgen. Insbesondere kann der Winkel der an den Teilabschnitten 22 und 26 erfolgenden Richtungsänderung des reflektierten Lichts von 90° verschieden sein. Allerdings verlaufen die Teilabschnitte, zwischen denen das Licht reflektiert wird, vorzugsweise zu einander parallel.
Prinzipiell kann der Optikkörper 3 um die Zentralachse ZS rotationssymmetrisch ausgebildet sein, so dass er in sämtlichen durch diese Zentralachse ZS verlaufenden Schnittebenen die gleiche Form besitzt, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist.
Wenn jedoch das vom Optikkörper 3 abgegebene Licht hauptsächlich in einer Vorzugsrichtung, beispielsweise der X-Richtung aufgeweitet werden soll, kann ein Optikkörper 3, der in der zentralen Z-X-Ebene den in 1 gezeigten Querschnitt besitzt, durch ebene Flächen begrenzt sein, die in zwei zur Zeichenebene der 1 spiegelsymmetrisch angeordneten Ebenen liegen. Die Aufweitung des Lichtbündels findet dann hauptsächlich in der X-Richtung und in nur sehr eingeschränktem Maße in der hierzu senkrechten Y-Richtung statt. Die beiden ebenen Begrenzungsflächen verlaufen vorzugsweise zueinander parallel, können aber auch aufeinander zu konvergieren. Vorzugsweise ist ihr gegenseitiger Abstand so groß, dass sie die in den Basisteil 8 des Optikkörpers 3 eingesenkte Vertiefung 10 nicht schneiden.
Solche durch ebene Seitenflächen begrenzte Optikkörper sind besonders geeignet, um rechteckige Flächenbereiche auszuleuchten, die in einer zur X-Y-Ebene parallelen Ebene liegen und in X-Richtung eine deutlich größere Längenerstreckung als in der Y-Richtung besitzen.
Insbesondere zur Ausleuchtung von in Einbaulage in horizontaler Richtung sehr langgestreckten, in vertikaler Richtung aber nur eine geringe Höhe aufweisenden Lichtaustrittsscheiben, wie sie insbesondere bei hochgesetzten Kraftfahrzeug-Bremsleuchten vorhanden sind, werden, wie in den 2a, 2b und 3 gezeigt, mehrere Optikkörper 3 so in einer Reihe aneinander anschließend angeordnet, dass ihre X-Richtungen miteinander fluchten und sich die so gebildete Optikanordnung 30 in Längsrichtung der betreffenden Leuchte erstreckt.
Wie man insbesondere den 2a und 3 entnimmt, umfasst eine solche Optikanordnung 30 vorzugsweise eine weitere Verteiloptik 33, die in der Hauptrichtung Z der Lichtausbreitung den einstückig miteinander verbundenen Optikkörpern 3 nachgeordnet, vom Betrachter der betreffenden Leuchte her gesehen aber vorgesetzt ist. Diese weitere Verteiloptik 33 besitzt vorzugsweise die Form einer aus dem gleichen Material wie die Optikkörper 3 hergestellten Scheibe 34, die gleichzeitig auch als Lichtdurchtrittsscheibe dienen kann, die die Lichtaustrittsöffnung einer Leuchte verschließt. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft zur weiteren Lichtverteilung in X-Richtung dienende Zylinderlinsen 36, deren Zylinderachsen sich in Y-Richtung, d.h. in den 2a und 3 senkrecht zur Zeichenebene erstrecken, an der Innenseite der Scheibe 34 auszubilden und die Außenfläche 38 der Scheibe 34 als eine einzige Zylinderlinse zu formen, deren Achse sich in X-Richtung erstreckt. Diese letztgenannte Zylinderlinse dient dann zur Steuerung der Lichtverteilung in Y-Richtung. Dadurch, dass eine derart ausgebildete Scheibe 34 eine zwar gekrümmte aber glatte Außenfläche besitzt, ist sie insbesondere für Anwendungsfälle geeignet, in denen eine Leuchte so eingebaut werden soll, dass die Scheibe 34 einen Teil der äußeren Kraftfahrzeugoberfläche bildet, weil sie keine Vertiefungen aufweist, die eine Schmutzablagerung fördern und eine Reinigung erschweren.
Wie man den 2a und 2b weiterhin entnimmt, ist es vorteilhaft, die X-Abmessungen der Zylinderlinsen 36 so zu wählen, dass die dadurch entstehende Periodizität der Zylinderlinsen 36 kein ganzzahliges Verhältnis zur Periodizität der ebenfalls weitgehend regelmäßig angeordneten Optikkörper 3 bildet, um Moiré-Effekte zu vermeiden.
Eine besonders günstige Herstellbarkeit der Optikanordnungen 30 ergibt sich dann, wenn die einstückig miteinander verbundenen Optikkörper auch mit der Scheibe 34 einstückig verbunden sind, so dass die Optikanordnung 30 als ein einziges Spritzgußteil hergestellt werden kann.
Diese einstückige Verbindung kann entweder, wie in 2a gezeigt, durch einen umlaufenden Randsteg 40 oder, wie in 3 wiedergegeben, durch eine Vielzahl von Stegen 42 hergestellt werden, die dann jeweils im Verbindungsbereich von zwei einander benachbarten Optikkörpern 3 so angeordnet sind, dass sie dort eine Verbindung mit der vorgesetzten Scheibe 34 herstellen.
In beiden Fällen ist die Scheibe 34 von einem Schweißrand 45 umgeben, der zur Verbindung mit dem Leuchtengehäuse dient.
Die 2a und 2b zeigen darüber hinaus an optisch nicht aktiven Flächen vorgesehene Verstemmdome 47 oder Rasthaken eventuell mit Positionierdomen zur Befestigung der die Leuchtdioden tragenden Leiterplatte (nicht dargestellt) in einer exakt definierten Position.
Um geringe Abkühlzeiten zu erzielen, ist auch eine Bauform denkbar, bei der die von den zweiten Teilabschnitten 24 gebildeten Auskoppelflächen als Zylinderlinsen mit achsenparallel zur Leuchten-Längsachse X oder aber auch als Kissenoptiken ausgeführt sind, wobei jeder dieser zweiten Teilabschnitte 24 eine Kissenoptik bildet. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die von den Optikkörpern 3 gebildete primäre Lichtverteiloptik in Y-Richtung sehr schmal zu halten, was geringere Wandstärken und somit geringere Zykluszeiten und geringeren Materialaufwand beim Spritzgießen bedeutet. Das aufgeweitete Licht trifft dann auf die Scheibe 34 und durchstrahlt sie in der gesamten Y-Richtung. Die in Längsrichtung liegende zylindrische Außenoptik 38 kann die vertikale Aufweitung des Lichts entsprechend den lichttechnischen Anforderungen vermindern oder verstärken.
Insbesondere bei Kraftfahrzeugleuchten, die für einen Inneneinbau vorgesehen sind, so dss ihre Lichtdurchtrittsscheibe keiner besonderen Verschmutzungsgefahr ausgesetzt ist, kann die Scheibe 34 auch auf ihrer von den Optikkörpern 3 abgewandten Seite mehrere Zylinder – und/oder Kissenoptiken aufweisen.
Außer den beschriebenen, langgestreckten und eine geringe Höhe aufweisenden hochgesetzten Bremsleuchten für Kraftfahrzeuge lassen sich mit den erfindungsgemäßen Optikkörpern eine Vielzahl von anderen Leuchten-Konfigurationen gestalten. Beispielsweise können mit Optikkörpern, die in der oben beschriebenen Weise zwei ebene Seitenflächen aufweisen, mehrere Reihen in der Weise gebildet werden, dass in jeder Reihe die X-Richtungen der Optikkörper miteinander fluchten. Diese Reihen können dann unmittelbar aneinander anliegend oder mit gegenseitigen Abständen (quer zu ihrer X-Richtung) angeordnet werden. In letzterem Fall können in den Zwischenräumen zwischen den Reihen einzelne oder mehrere weitere Optikkörper vorgesehen werden, deren X-Richtung quer zu der der Reihen verläuft. Auch müssen die mit Abständen zu einander angeordneten Reihen nicht notwendigerweise zueinander parallel verlaufen.
Besonders vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn man Lichtquellen, die zu verschiedenen Optikkörpern gehören, unterschiedliche Leuchtfunktionen zuweist. Je nach Anwendungsfall kann dabei eine Leuchtfunktion von nur einer Lichtquelle mit zugehörigem Optikkörper oder von einer ganzen Gruppe von Lichtquellen und Optikkörpern ausgeübt werden.

Claims

Optikkörper (3) aus einem Material, das für das von einer Lichtquelle (1) in einen kegelförmigen Raumbereich mit einer sich in Z-Richtung erstreckenden Zentralachse (ZS) abgegebene Licht durchlässig ist, wobei der Optikkörper (3) in einer Schnittebene, die durch die Z-Richtung und eine zu dieser senkrechten X-Richtung aufgespannt ist, so V-förmig ausgebildet und angeordnet ist, dass die beiden jeweils Aussen- und Innenwandbereiche aufweisenden V-Schenkel (5, 6) zur Zentralachse (ZS) des kegelförmigen Raumbereichs symmetrisch angeordnet sind und zu einem sie verbindenden, an der Lichtquelle (1) angeordneten Basisteil (8) des Optikkörpers (3) hin konvergieren, dadurch gekennzeichnet, dass in den Basisteil (8) des Optikkörpers (3) eine Vertiefung (10) eingesenkt ist, die eine zur Zentralachse (ZS) konzentrische Umfangswand (11) und eine solche Tiefe aufweist, dass sich eine Lichtquelle, die ihr Licht in einen kegelförmigen Raumbereich mit einem Scheitelwinkel von nahezu 180° abgibt, so weit in sie hinein erstrecken kann, dass ihr Licht in den Optikkörper (3) eingekoppelt wird, und dass zumindest Teile der durch die Umfangswand (11) in den Optikkörper (3) eintretenden Randbereiche des von der Lichtquelle (1) kommenden Lichtkegels zuerst auf Aussenwandbereiche des Basisteils (8) umgelenkt, von diesen reflektiert und dann durch mehrfache Reflexionen zwischen einander gegenüberliegenden Teilabschnitten der Innen- und Aussenwandbereiche eines jeden der V-Schenkel (5, 6) von der Zentralachse (ZS) weg nach außen verteilt werden.
Optikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandbereiche des Basisteils (8) so geformt sind, dass sie das auf sie auftreffende Licht so reflektieren, dass es sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) weiter ausbreitet.
Optikkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnwand der in den Basisteil (8) eingearbeiteten Vertiefung (10) als Sammellinse (12) ausgebildet ist, die die auf sie auftreffenden Teile des von der Lichtquelle (1) ausgehenden Lichtkegels so bündelt, dass sie sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) weiter ausbreiten.
Optikkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (8) des Optikkörpers (3) auf seiner der eingearbeiteten Vertiefung (10) gegenüberliegenden Seite einen sich senkrecht zur Zentralachse (ZS) erstreckenden, ebenen Austrittsbereich (20) aufweist, durch den die auf ihn auftreffenden Teile des sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) ausbreitenden Lichtbündels geradlinig und parallel zur Zentralachse (ZS) austreten.
Optikkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (8) des Optikkörpers (3) auf seiner der eingearbeiteten Vertiefung (10) gegenüberliegenden Seite einen sich senkrecht zur Zentralachse (ZS) erstreckenden Austrittsbereich (20) aufweist, der derart als Linse ausgebildet ist, dass die auf ihn auftreffenden Teile des sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) ausbreitenden Lichtbündels divergent austreten.
Optikkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich an den Austrittsbereich (20) anschließenden Innenwandbereiche der V-Schenkel (5, 6) wenigstens einen ersten Teilabschnitt (22) und wenigstens einen zweiten Teilabschnitt (24) aufweisen, von denen der erste (22) so geformt und gegen die Z-Richtung geneigt ist, dass er die auf ihn auftreffenden Teile des sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) ausbreitenden Lichtbündels in etwa senkrecht zur Z-Richtung zu den Außenwandbereichen der V-Schenkel (5, 6) hin reflektiert, während der zweite (24) sich senkrecht zur Zentralachse (ZS) erstreckt.
Optikkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zweiten Teilabschnitte (24) eben ausgebildet ist, so dass die auf ihn auftreffenden Teile des sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) ausbreitenden Lichtbündels geradlinig und parallel zur Zentralachse (ZS) austreten.
Optikkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zweiten Teilabschnitte (24) als Linse ausgebildet ist, so dass die auf ihn auftreffenden Teile des sich im Optikkörper (3) parallel zur Zentralachse (ZS) ausbreitenden Lichtbündels divergent austreten.
Optikkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandbereiche der V-Schenkel (5, 6) wenigstens einen Teilabschnitt (26) umfassen, der so geformt und gegen die Z-Richtung geneigt ist, dass er von den ersten Teilabschnitten (22) der Innenwandbereiche kommendes, sich senkrecht zur Z-Richtung ausbreitendes Licht so reflektiert, dass es sich nach der Reflexion im Inneren des Optikkörpers (3) parallel zur Z-Richtung weiter ausbreitet.
Optikkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Außenwandbereiche (18) des Basisteils (8) so geformt und ausgerichtet sind, dass für das von innen her auf sie auftreffende Licht Totalreflexion eintritt.
Optikkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Teilabschnitte (22, 26) der Innen- und Außenwandbereiche der V-Schenkel (5, 6) so geformt und ausgerichtet sind, dass für das von innen her auf sie auftreffende Licht Totalreflexion eintritt.
Optikkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er bezüglich der Zentralachse (ZS) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Optikkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er durch zwei ebene Oberflächen begrenzt ist, die in zwei zur Z-X-Ebene spiegelsymmetrisch angeordneten Ebenen liegen, so dass der Optikkörper (3) in X-Richtung eine wesentlich größere Erstreckung besitzt als in der zur Z-Richtung und zur X-Richtung senkrechten Y-Richtung.
Optikkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zur Z-X-Ebene spiegelsymmetrisch angeordneten Ebenen zu einander parallel verlaufen.
Optikkörper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden zur Z-X-Ebene spiegelsymmetrisch angeordneten Ebenen im Bereich der in den Basisteil (8) des Optikkörpers (3) eingearbeiteten Vertiefung (10) geringfügig größer als deren Durchmesser ist.
Optikanordnung für eine langgestreckte, schmale Leuchte, insbesondere hochgesetzte Bremsleuchte für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Optikkörpern (3) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 umfaßt, die nebeneinander und aneinander anschließend so in einer Reihe angeordnet sind, dass ihre X-Richtungen miteinander fluchten.
Optikanordnung für eine Leuchte, insbesondere Kraftfahrzeugleuchte, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Optikkörpern (3) nach einem der Ansprüche 13 bis 15 umfaßt, die in mehreren Reihen nebeneinander und aneinander anschließend so angeordnet sind, dass in jeder Reihe ihre X-Richtungen mit einander fluchten.
Optikanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der mehreren Reihen zueinander parallel angeordnet sind.
Optikanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der mehreren Reihen in einer zur X-Richtung der Optikkörper (3) quer verlaufenden Richtung voneinander im Abstand angeordnet sind.
Optikanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei der mehreren, im Abstand angeordneten Reihen weitere Optikkörper (3) angeordnet sind.
Optikanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die X-Richtungen der weiteren Optikkörper (3) zu den X-Richtungen der in den Reihen angeordneten Optikkörper (3) nicht parallel verlaufen.
Optikanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Optikkörper (3) einstückig miteinander verbunden sind
Optikanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass den Optikkörpern (3) eine weitere Verteiloptik (33) nachgeordnet ist, die für eine weitere Umverteilung des aus den Optikkörpern (3) austretenden Lichts sorgt.
Optikanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verteiloptik (33) von einer lichtdurchlässigen Scheibe (34) gebildet ist, die auf ihrer den Optikkörpern (3) zugewandten Seite eine Vielzahl von Zylinderlinsen (36) aufweist, deren Achsen zueinander parallel und senkrecht zur X-Richtung der Optikkörper (3) verlaufen.
Optikanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verteiloptik (33) von einer lichtdurchlässigen Scheibe (34) gebildet wird, die auf ihrer von den Optikkörpern (3) abgewandten Seite als eine einzige, durchgehende Zylinderlinse ausgebildet ist, deren Achse zu den Achsen der auf der den Optikkörpern (3) zugewandten Seite vorgesehenen Zylinderlinsen (36) senkrecht steht.
Optikanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verteiloptik (33) von einer lichtdurchlässigen Scheibe (34) gebildet ist, die auf ei ner ihrer Seiten eine Vielzahl von Kissenoptiken aufweist.
Optikanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Verteiloptik (33) mit den Optikkörpern (3) einstückig ausgebildet ist.