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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Signalleuchte, insbesondere
eine hochgesetzte oder innenseitig an einer Scheibe montierte Signalleuchte auf
LED-Basis, mit verbesserter und vereinheitlichter Leuchtfläche sowie
verringerter Bautiefe.
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Signalleuchten
sind im Grundsatz bekannt. Es handelt sich hierbei um lichttechnische
Einrichtungen, die durch ein Lichtsignal, z.B. die Bremstätigkeit eines
Fahrzeuges, bzw. des Fahrzeugführers
anzeigen. Hochgesetzte Signalleuchten sind dabei beispielsweise
im oberen Bereich der Heckscheibe meist im Fahrzeuginneren angeordnet.
Ausführungsformen,
die auf der Außenseite
des Fahrzeuges im oberen Bereich der Heckscheibe oder der darüber befindlichen
Karosserie angebracht sind, sind ebenfalls bekannt. Sinn einer derartigen,
hochgesetzten Signalleuchte ist es sowohl den Fahrzeugführer des unmittelbar
folgenden Fahrzeuges als auch – soweit möglich – Fahrzeugführer in
weiteren nachfolgenden Fahrzeugen zu warnen. Soweit im Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung
der Ausdruck Signalleuchte Verwendung findet, so umfasst dies sowohl
eine einzelne lichttechnische Anordnung, vorzugsweise mittig in
Längsachse
des Fahrzeuges angeordnet, sowie zwei oder mehr, insbesondere drei
oder vier, unabhängig
voneinander arbeitende lichttechnische Anordnungen, beispielsweise
angeordnet an den Fahrzeugseiten sowie auch über die Fahrzeugbreite durchgehende
Lichtbänder.
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Bekanntermaßen finden
als Leuchtmittel für die
zuvor genannten Signalleuchten sogenannte LEDs Verwendung. Die LEDs
weisen den Vorteil einer hohen Betriebstandfestigkeit und Lebensdauer auf.
Weiterhin zeigen LEDs den Vorteil einer hohen Leuchtdichte, bei
gleichzeitig geringem Stromverbrauch. Nachteilig an der Verwendung
von LEDs ist jedoch die Tatsache, dass LEDs Punktleuchtkörper sind
mit geringen Baumaßen,
was zu einer hohen punktuellen Leuchtdichte führt. Insbesondere bei Dunkelheit
wird dies von dem Betrachter, in der Regel dargestellt durch den
nachfolgenden Fahrzeugführer,
als unangenehm empfunden. Bei direktem Betrachten der LEDS aus kurzer
Distanz kann im starken Kontrast mit einer dunklen Umgebung eine leuchtstarke
LED als extrem intensives, optisches Signal wahrgenommen werden, das
die anschließende,
zügige
Adaption des Auges verzögert.
Hierbei kann das auf der Netzhaut des Betrachters verbleibende Restbild
aufgrund der hohen Leuchtdichte so ausgeprägt sein, dass die direkt anschließende Wahrnehmung
von wenig oder schwach ausgeleuchteten Objekten beeinträchtigt wird.
Solch eine Beeinträchtigung
erhöht
im Verkehr die Gefahr eines Unfalles und ist abzulehnen. Auch die
Gruppierung mehrerer LEDs zu gemeinsamen Leuchtflächen führt nur
zu einer unzureichenden Abhilfe des zuvor genannten Problems. Bei
derartigen Leuchtflächen,
gebildet aus einer Mehrzahl von LEDs, ist das Erscheinungsbild der
Leuchtfläche
unregelmäßig, nämlich mit
Leuchtspitzen am Ort der LEDs sowie Dunkelfeldern oder Bereichen
mit geringerer Leuchtstärke
zwischen den jeweiligen LED-Anordnungen. Auch dies wird in der Regel
durch den Betrachter als unangenehm empfunden und ist daher abzulehnen.
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Es
hat im Stande der Technik nicht an Versuchen gefehlt eine Vereinheitlichung
der Lichtabstrahlfläche
von Signalleuchten herbeizuführen,
um ein gleichmäßiges Leuchtbild
zu erhalten. So beschreibt die
DE
199 43 255 eine Leuchteinheit, bei der das in einem Lichtleiter
geführte
Licht über
Prismen quer zum Lichtleiter homogen ausgekoppelt wird. Hierbei wird
die Gleichmäßigkeit
der Leuchtintensität
dadurch angestrebt, dass das Gehäuse
der eigentlichen Leuchteinheit mittels eines Abdeckelementes abgedeckt
ist, worauf wiederum der Lichtleiter angeordnet ist. Die vorgeschlagene
Abdeckung macht jedoch die Trennung von Gehäuseinnenraum und -außenraum
notwendig, was mit einer größeren Bautiefe der
Vorrichtung und erhöhtem
Platzbedarf einhergeht. Das Einkoppeln des Lichtes erfolgt im Gehäuseinneren über eine
geeignete Einkoppelvorrichtung. Durch außenseitiges Auskoppeln des
geführten Lichts
wird die gleichzeitige Wahrnehmung von innerem Leuchtmittel und
ausgekoppeltem Licht verhindert und es entsteht ein gleichmäßigerer
Eindruck beim Betrachter. Allerdings erfordert die in diesem Dokument
beschriebene Verwendung von Prismen zum Ein- und Auskoppeln eine
sehr exakte Justage der Vorrichtung. Weicht die Ausrichtung von
Prismen nur geringfügig
von dem optimalen Wert ab, so können
die im Randbereich des Lichtleiters geführten Strahlen an dessen Innenfläche eine
diffuse Streuung erfahren und gelangen folglich nicht mehr zur Auskoppelvorrichtung.
Das Führen
des Lichtes unter mehrfacher Reflektion und/oder Diffraktion in
den Einkoppel- und Auskoppelelementen wie z. B. Prismen verringert
zusätzlich
die Menge an ausgeführtem
Licht und vermindert Effizienz und Energieausbeute.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalleuchte
für Fahrzeuge
bereitzustellen, die unter Verwendung von leuchtintensiven LED'S ein gleichmäßiges Leuchtbild
bei hoher Energieeffizienz und Lichtausbeute zugänglich macht.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Signalleuchte
der vorgenannten Art, welche auch bei innenseitiger Montage an einer
geneigten Fahrzeugscheibe eine gleichmäßige Ausleuchtung bereitstellt.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Signalleuchte
anzubieten, die bei konstant niedriger Bautiefe die Anpassung der Leuchtstärke an vorbestimmte
Zielwerte erlaubt.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Signalleuchte
anzubieten, die eine Montage bzw. Wartung ohne aufwändige Kontrolle oder
Justage des optischen Strahlengangs ermöglicht.
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Gelöst werden
die Aufgaben nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Signalleuchte für Fahrzeuge,
insbesondere Kraftfahrzeuge, bereit, umfassend eine LED, einen Kollimator
sowie einen Lichtleitkörper.
Erfindungsgemäß sind LED, Kollimator
und Lichtleitkörper
in einer gemeinsamen Horizontalebene angeordnet. Gattungsgemäß kann die
Signalleuchte im Fahrzeuginneren sowie an der Fahrzeugaußenseite
angebracht werden. In Abhängigkeit
des Verwendungszweckes der erfindungsgemäßen Signalleuchte sowie den
jeweiligen Gegebenheiten des Fahrzeuges kann der Fachmann ohne weiteres
eine geeignete Position zur Anbringung der Signalleuchte innerhalb
oder außerhalb
des Fahrzeuges frei wählen.
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Die
Leuchtdiode weist einen Leuchtstrom von bis zu 8 Lumen auf. Der
Wellenlängenbereich des
abgestrahlten Lichts liegt dabei in einem Farbbereich, welcher bei
dem Betrachter mit einer Signalfarbe assoziiert wird. Geeignet sind
z. B. Rot- und/oder Orange-Töne.
Vorteilhaft wird hierbei eine Leuchtdiode verwendet, welche divergierend
emittierte Strahlen über
eingebaute Vorrichtungen wie z. B. einen Reflektor in Abstrahlrichtung
umlenkt und das Licht in einem Strahlungskegel abgibt. Der Öffnungswinkel des
Abstrahlkegels sollte nicht mehr als 160° betragen. Größere Öffnungswinkel
können
die Wahrscheinlichkeit von Streulichtverlusten erhöhen und konstruktiv
komplexere und teurere Kollimator-Einrichtungen bedingen.
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Der
Kollimator parallelisiert die aus der Leuchtdiode austretende Strahlung
und leitet die so erzeugte Lichtstrahlenschar weiter. Der Kollimator kann
z. B. aus einer Vorsatzlinse, einer Kombination von Linsen oder
auch einem elliptisch bis parabelförmig ausgeformtem Kunststoffkörper bestehen,
der zwischen der Leuchtdiode und dem Lichtleitkörper angeordnet wird.
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Der
erfindungsgemäße Lichtleitkörper besteht
aus einem bekannten und üblichen
lichtleitfähigen
Material, wie Glas oder geeignete Kunststoffe. Dabei sind erfindungsgemäß Kunststoffe
bevorzugt. Der Lichtleitkörper
umfasst einen Eintrittsbereich sowie einen Austrittsbereich für die erzeugten
Lichtstrahlen. Hierbei ist der Austrittsbereich breiter und in seiner
Fläche
größer als
der Eintrittsbereich. Weiterhin umfasst der Lichtleitkörper eine
erste Reflektionsfläche
sowie eine zweite Reflektionsfläche.
Die Reflektion innerhalb des Lichtleitkörpers an den zuvor genannten
Reflektionsflächen
kann im Wesentlichen mit den üblichen
und bekannten Mitteln bewirkt werden, wobei Licht bei einem schrägen Auftreffen
auf eine Phasengrenzfläche,
hier die Grenzfläche
zwischen dem Lichtleitkörper
und der Umgebung mit unterschiedlichen Lichtleiteigenschaften, erfolgt.
Geeigneter Weise können
die Reflektionsflächen
mit weiteren Mitteln zur Verbesserung der Reflektionseigenschaften
versehen werden. Derartige geeignete Mittel umfassen Metallbeschichtungen.
Derartige Metallbeschichtungen können
in Form von aufgedämpften
dünnen
Metalllagen oder aufgeklebten Folien aufgebracht werden. Geeignete
Metalle umfassen beispielsweise Silber oder Aluminium.
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In
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
tritt aus der Leuchtdiode das Licht in Abstrahlrichtung in Form
divergierender Lichtstrahlen aus. Der Kollimator parallelisiert
die aus der Leuchtdiode austretende Strahlen und führt diese
als in Längsrichtung
ausgerichtete, parallele Lichtstrahlenschar zum Eintrittsbereich
des Lichtleitkörpers.
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Der
Lichtleitkörper
weist einen unregelmäßig, viereckigen
Querschnitt auf, wobei der schmale Eintritts- und der bis zu 10fach
breitere Austrittsbereich zueinander versetzt gegenüberliegend
quer zur Ausbreitungsrichtung der aus dem Kollimator austretenden,
parallelen Lichtstrahlenschar angeordnet sind. Im Lichtleitkörper wird
die Lichtstrahlenschar durch eine erste Reflektionsfläche auf
eine zweite Reflektionsfläche
gelenkt und von der zweiten Reflektionsfläche aus in einzelnen Lichtstrahlenbündeln dem
Austrittsbereich zugeführt.
Erfindungsgemäß weist
die zweite Reflektionsfläche
eine Vielzahl an zueinander beabstandeten Reflektionsflächen auf. Durch
diesen Kunstgriff wird die parallele Lichtstrahlenschar in eine
Vielzahl von reflektierten, diskreten Lichtbündeln aufgeteilt und über die
gesamte Breite des Austrittsbereiches nach außen hin abgestrahlt. Die am
Austrittsbereich anfallende Lichtstärke kann hierbei durch Anzahl
und Abstand der Lichtbündel variiert
werden. Die erfindungsgemäße Konstruktion macht
eine vorherbestimmbare Leuchtstärkenverteilung
in der Quererstreckung der Abstrahlfäche zugänglich.
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Bevorzugt
sind die Reflektionsflächen
parallel ausgerichtet und in Richtung des von der ersten Reflektionsfläche ausgehenden,
auftreffenden Lichtes zueinander versetzt. Eine breitere Lichtstärkenverteilung
kann hier über
größere Zwischenabstände zwischen
den Reflektionsflächen
erzielt werden. Dies erlaubt die gezielte, konstruktive Variation
der Lichtstärkenverteilung
bei konstant niedriger Bautiefe der Vorrichtung.
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Besonders
bei scharf und schmal gefaßten Lichtbündeln mit
großem
Abstand zueinander kann der Austrittsbereich des Lichtleitkörpers mit
Profilierungen versehen werden, die einen homogeneren Gesamteindruck
durch leichte, horizontale Streuung, vor allem im mittleren Bereich
der Austrittsfläche,
gewährleisten.
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Weitere
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Die Beschreibung
dient hierbei rein zur Veranschaulichung und soll die vorliegende
Erfindung in keiner Weise begrenzen.
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1 gibt
schematisch die räumliche
Anordnung der einzelnen Bauelemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Horizontalebene wieder.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfaßt eine
Leuchtdiode 1, einen in Abstrahlrichtung der Leuchtdiode
angeordneten Kollimator 2 sowie einen Lichtleitkörper 3.
Der Lichtleitkörper
weist einen Eintrittsbereich 4, eine erste Reflektionsfläche 5,
eine zweite Reflektionsfläche 6 sowie
einen Austrittsbereich 7 auf. Der Kollimator 2 ist
hierbei zwischen Leuchtdiode 1 und dem Eintrittsbereich 4 des
Lichtleitkörpers 3 angeordnet. Über die
erste Reflektionsfläche 5 wird
die im Kollimator erzeugte parallele Lichtstrahlenschar auf die
zweite Reflektionsfläche 6 geleitet.
Die zweite Reflektionsfläche 6 weist
eine Vielzahl von einzelnen in Richtung der auftreffenden Lichtstrahlen
verschobenen, separaten Reflektionsflächen auf. Die Richtung der
einfallenden Lichtstrahlen wird im Folgenden auch als Richtung des
einstrahlenden Strahlengangs bezeichnet. Die auftreffende Lichtstrahlenschar
wird auf der zweiten Reflektionsfläche reflektiert und in Form
einzelner, diskreter Lichtbündel
dem Austrittsbereich 7 zugeleitet. Die räumliche
Anordnung von Leuchtdiode 1, Kollimator 2 und
Lichtleitkörper 3 zueinander
wird bevorzugt über
Befestigungsmittel 8 vorgegeben bzw. eingestellt. Es versteht
sich, dass die Befestigungsmittel 8 dergestalt ausgeführt sind,
das sie den optischen Strahlengang der Vorrichtung weder beeinträchtigen noch
behindern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Reflektionselemente der Reflektionsfläche (6) parallel ausgerichtet
und in Richtung des einstrahlenden Strahlengangs zueinander beabstandet.
Diese Ausführungsform
bietet den Vorteil, dass die erste Reflektionsfläche als konstruktiv einfach
und kostengünstig
zugängliche
Reflektionsebene ausgeführt
ist.
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In
der gezeigten Ausführungsform
weist die zweite Reflektionsfläche 6 im
horizontalen Querschnitt ein gleichmäßiges, treppenstufenartiges
Profil auf. Es stellt eine Vielzahl von äquidistant parallel zum einfallenden
Licht verschobenen, separaten Reflektionsflächen zur Verfügung. Eine
Leuchtdiode 1 mit einem Lichtstrom von bis zu 8 Lumen dient
hierbei als Strahlungsquelle. Über
einen Kollimator 2 wird der Leuchtkegel der Diode 1 parallelisiert
und in den Lichtleitkörper 3 mit
den zuvor beschriebenen Reflektionsflächen 5 und 6 eingeleitet.
Am Austrittsbereich 7 wird eine kontinuierlich gleichmäßige Helligkeitsverteilung
beobachtet. Mit einer Effizienz von 70 % wird in dieser einfachen
Ausführungsform
das Licht der Leuchtdiode auf eine 5fach breitere Fläche von gleicher
Höhe verteilt.
Der Austrittsbereich 7 zeigt hierbei von seinem Zentrum
zu den Rändern
hin einen sanften, kontinuierlichen Verlauf der Lichtstärke von
100 % auf etwas mehr als 30 %. Die bei Betrachtung einer einzelnen
Leuchtdiode häufigen,
auf der Netzhaut des Betrachters auftretenden Restbilder, welche
bei dunkler Umgebung eine Adaption des Auges an unterschiedliche
Helligkeitsbereiche erschweren, können so effektiv vermieden
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird ein Kollimator 2 zwischen Leuchtdiode 1 und
Lichtleitkörper 3 angeordnet.
Die Geometrie des Kollimators weist hierbei in vertikaler Richtung
ober- und unterhalb der horizontalen Ebene angeordnete Einrichtungen
zur zusätzlichen
Fokussierung vertikal geneigter Streustrahlen auf. Dadurch werden
die vertikal geneigten Streustrahlen parallelisiert und in der horizontalen
Ebene fokussiert. Strahlen mit großem, vertikalem Neigungswinkel,
die zuvor als Verluststrahlung nicht genutzt werden konnten, können so
der Austrittsfläche
zugeführt
werden. Diese Vorrichtung bietet den Vorteil, dass die Lichtstärke, die
im horizontal erstreckten Austrittsbereich 7 als optisches
Signal zum Tragen kommt, durch verbesserte Nutzung der vertikalen
Streustrahlung erhöht
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden die separaten Reflektionsflächen der zweiten Reflektionsfläche 6 im
Zentrum weiter zueinander beabstandet und zu den Seiten hin mit
geringerem Abstand zueinander ausgeführt. So konnte ohne erhöhte Anforderungen
an die Konstruktion des Lichtleitkörpers eine Lichtstärkeverteilung
erreicht werden, die über
die Abstrahlfäche
eine Schwankung von maximal 50% zeigte. Diese Vorrichtung ermöglicht eine gleichmäßigere Abstrahlcharakteristik
z. B. bei Verwendung einer Leuchtdiode mit radialem Abstrahlkegel.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird zwischen Leuchtdiode 1 und Lichtleitkörper 3 ein
in der Vertikalen exzentrisch fokussierender Kollimator 2 angeordnet.
Diese Vorrichtung zeigt im Austrittsbereich 7 einen zusätzlichen
Lichtstärkegradienten
in der Vertikalen. Eine solche Vorrichtung erlaubt die Kompensation
der Verlusteffekte, die bei der innenseitigen Anbringung einer erfindungsgemäßen Signalleuchte
an einer geneigten Fahrzeugscheibe auftreten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Kollimator 2 als Profilierung des Lichtleitkörpers 3 im Eintrittsbereich 4 ausgeführt. Lichtleitkörper 3 und Kollimator 2 bilden
somit eine Baugruppe, was die Montage deutlich vereinfacht und Verluste
durch Streulicht beim optischen Übergang
von Kollimator 2 in Lichtleitkörper 3 verringert.
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Eine
weitere Ausführungsform
umfasst mehrere Leuchtdioden 1 mit integriertem Reflektor
mit einem Lichtstrom von jeweils 3 Lumen. Hierbei weist die Ausführungsform
pro Leuchtdiode einen als plankonvexe Vorsatzlinse ausgeführten Kollimator
sowie einen Lichtleitkörper
mit äquidistant
jeweils 1 mm beabstandeten, separaten Reflektionsflächen von
2mm Breite auf. Die über
den Eintrittsbereich 4 einstrahlende, parallelisierte Lichtstrahlenschar
wird gleichmäßig auf
den 3fach breiteren Austrittsbereich in Form von diskreten Lichtbündeln verteilt.
Die nebeneinander angeordneten Lichtleitkörper bilden mit ihren Austrittsbereichen 7 die
nach außen
weisende, sichtbare Abstrahlfläche
der Signalleuchte aus. Hierbei ergibt sich eine kontinuierliche
Lichtstärkenverteilung,
die sich durch randseitige Minima von 25 Candela und mittig zum
jeweiligen Austrittsbereich 7 angeordnete Maxima von 80
Candela auszeichnet. Bevorzugt werden die Lichtleitkörper 3 zumindest
teilweise als durchgehende, außenseitig
eine gemeinsame Oberfläche
ausbildende Baugruppe ausgeführt.
Dies ermöglicht
das einfachere und zeitsparende Anbringen der Lichtleitkörper im
Montagevorgang und erleichtert gegebenenfalls Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten.
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- 1
- Leuchtdiode
- 2
- Kollimator
- 3
- Lichtleitkörper
- 4
- Eintrittsbereich
- 5
- erste
Reflektionsfläche
- 6
- zweite
Reflektionsfläche
- 7
- Austrittsbereich
- 8
- Befestigungsmittel