DE102009022726B4

DE102009022726B4 - Von der Rückseite anzubringendes Leuchtdioden-Modul für Kombinationsrücklichter an Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102009022726B4
Application number: DE102009022726.1A
Authority: DE
Inventors: Zhao Huan Liu; Hong Luo
Original assignee: Osram Sylvania Inc
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: JP5615516B2; KR101457232B1; US7762701B2; DE102009022726A1; KR20090123826A; US20090296417A1; JP2009289749A

Abstract

Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: • einen Konkavreflektor (85, 13) mit einem Brennpunkt und mit einer Öffnung an seinem Scheitel zum Empfangen von sich quer ausbreitendem divergierendem Licht und zum Reflektieren von sich längs ausbreitendem, kollimiertem Licht; • einen nach außen geweiteten Reflektor (75), der im Brennpunkt des Konkavreflektors (85) angeordnet ist, um sich längs ausbreitendes, geleitetes Licht zu empfangen und sich quer ausbreitendes divergierendes Licht zum Konkavreflektor (85) zu reflektieren; und • einen Lichtleitbereich zum Empfangen von sich längs ausbreitendem divergierendem Licht von mindestens einer Leuchtdiode (35) und zum Erzeugen von sich längs ausbreitendem, geleitetem Licht; • wobei der Lichtleitbereich zwischen einer konvexen Reflexionsfläche (65) und einer konkaven Reflexionsfläche (45) gebildet ist, wobei die konvexe und die konkave Reflexionsfläche (65, 45) Querschnitte aufweisen, die verschachtelt, kontinuierlich und konzentrisch sind; • wobei sich der Lichtleitbereich durch die Öffnung am Scheitel des Konkavreflektors (85) erstreckt und von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet ist; • wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) kontinuierlich in die konvexe Reflexionsfläche (65) übergeht; und • wobei die mindestens eine Leuchtdiode (35) außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet ist.

Description

ZUSAMMENFASSUNG
Ein von hinten anzubringendes LED-Modul für ein Kombinationsrücklicht wird offenbart. Eine oder mehrere LEDs sind auf einer Leiterplatte montiert, die diese elektrisch betreibt und mechanisch außerhalb eines facettierten Parabolreflektors hält. Aus den LEDs ausgestrahltes Licht tritt in einen Lichtausbreitungsbereich ein, der zwischen den angrenzenden Reflexionsseiten von zwei verschachtelten Zylindern gebildet ist. Die Zylinder erstrecken sich von den LEDs, außerhalb des Reflektors, längs durch ein Loch am Scheitel des Reflektors zum Brennpunkt des Reflektors. Bei manchen Anwendungen kann der Lichtausbreitungsbereich als ein Strahlenhomogenisator dienen, so dass Licht, das aus dem Lichtausbreitungsbereich austritt, in etwa eine gleichmäßige Intensität aufweisen kann. Licht aus dem Lichtausbreitungsbereich trifft auf einen nach außen geweiteten Reflektor, der es weitgehend quer auf den Parabolreflektor richtet. Der Parabolreflektor kollimiert das Licht und richtet es in Längsrichtung durch eine transparente Abdeckung und aus der Lampe heraus. Der Parabolreflektor kann Facetten aufweisen, die Anteile des reflektierten Lichts ablenkt, um eine gewünschte zweidimensionale Winkelverteilung für den austretenden Strahl zu bilden.
Beschreibung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C § 119(e) für die vorläufige Anmeldung Nr. 61/056,738, eingereicht am 28. Mai 2008, mit dem Titel „Von der Seite einsetzbares LED-Lichtmodul für ein Kombinationsrücklicht in einem Kraftfahrzeug”, die hier in ihrer Gesamtheit bezugnehmend einbezogen ist. Das vollständige Prioritätsrecht gemäß der Pariser Verbandsübereinkunft wird hiermit ausdrücklich vorbehalten.
ANGABEN ÜBER VOM BUND GEFÖRDERTE FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG

Nicht zutreffend

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Kombinationsrücklichter für Beleuchtungssysteme an Kraftfahrzeugen.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Über viele Jahre wurden in Kraftfahrzeugen elektrische Lichtanlagen verwendet, die einer Vielfalt von Funktionen dienten. Zum Beispiel bieten Leuchten eine Frontbeleuchtung (Scheinwerfer, Zusatzleuchten), Sichtbarkeit (vorne Parklichter, hinten Schlussleuchten), Signalgeber (Fahrtrichtungsanzeiger, Warnleuchten, Bremsleuchten, Rückfahrleuchten) und Komfort (Deckenleuchten, Armaturenbrettbeleuchtung), um nur einige Anwendungen zu nennen. In der Vergangenheit wurden für einen Großteil oder die gesamte Beleuchtung in einem Kraftfahrzeug Glühlampen verwendet, welche in einer Vielfalt von Größen, Formen, Wattzahlen und Lampenhalterpaketen erhältlich sind.
In den letzten Jahren kam bei manchen Beleuchtungsanwendungen in Kraftfahrzeugen die Verwendung von Leuchtdioden (LEDs) auf. Verglichen mit Glühlampen verbrauchen LEDs weniger Strom, haben eine längere Lebensdauer und eine geringere Wärmeabgabe, wodurch sie für Anwendungen im Kraftfahrzeug gut geeignet sind.
In dem relativ kurzen Zeitraum, seit LEDs als Lichtquellen eingeführt wurden, haben Kraftfahrzeughersteller eine verhaltene Position eingenommen. Während sie bedacht waren, auf Grund aller vorstehend genannter Vorteile LEDs zu verwenden, waren sie zögerlich, die Vertrautheit einer Glühlampe mit einer Fassung und dem zugehörigen herkömmlichen Aussehen völlig aufzugeben. Als Konsequenz gab es in den letzten Jahren mehrere Beleuchtungsuntersysteme, die die mechanische Erscheinungsform der alten Glühlampen und Fassungen haben, aber tatsächlich LEDs als Lichtquelle verwenden.
1 zeigt ein typisches Kraftfahrzeug 1 mit typischen Außenleuchten, die vordere Blinker 2, Scheinwerfer 3, Nebelleuchten 4, seitliche Blinkleuchten 6, ein mittleres, hoch angebrachtes Bremslicht 7, eine Nummernschildlampe 8 und sogenannte „Kombinationsrücklichter” 9 (RCLs) umfassen. Jedes von diesen oder alle können Zubehör einschließen, wie ein Scheinwerferreinigungssystem 5. Wir konzentrieren uns bei dieser Anmeldung in erster Linie auf die Kombinationsrücklichter 9.
Es ist anzumerken, dass jedes Kombinationsrücklicht 9 ein Rücklicht (auch als Markierungsleuchte bekannt), ein Bremslicht (auch als Bremsleuchte bekannt), ein Blinklicht und eine Rückfahrleuchte einschließen kann. Jede Leuchte in dem Kombinationsrücklicht kann ihre eigene Lichtquelle, ihre eigene Reflexions- und/oder Fokussier- und/oder Kollimations- und/oder Streuoptik, ihr eigenes mechanisches Gehäuse, ihre eigene elektrische Schaltung und so weiter besitzen. Diesbezüglich kann eine Ausgestaltung oder ein Merkmal einer besonderen Leuchte für jede oder alle der Leuchten in dem Kombinationsrücklicht 9 verwendet werden. Gegebenenfalls können eine oder mehrere Funktionen von den Leuchten gemeinsam genutzt werden, wie eine Schaltung, die mehr als eine Lichtquelle steuert, oder ein mechanisches Gehäuse, das mehr als eine Lichtquelle beinhaltet, und so weiter. Zum Beispiel verfügt jedes Beleuchtungsuntersystem normalerweise über seine eigene unabhängige Lampe, obwohl die Rücklicht- und Bremslichtfunktionen in einer einzigen Lampe (Glühlampe) mit Doppelfaden kombiniert werden können.
In den letzten Jahren, als die Verwendung von LEDs in Außenbeleuchtungssystemen an Kraftfahrzeugen begann, bestand eine Tendenz dahingehend, die LEDs eng in der Fassung zu integrieren. Zum Beispiel werden die mittleren, hoch angebrachten Bremslichter 7 oder CHSMLs nun in den meisten Fällen auf diese Weise angeordnet, da es relativ einfach war, ein LED-Modul für diese Anwendung zu übernehmen. Auf Grund der langen Lebensdauer von LEDs kann dies langfristig der bevorzugte Ansatz sein.
Mit anderen Worten: Es werden langfristig die Beleuchtungsarmaturen, einschließlich Gehäuse, Reflektoren, Abdecklinsen und aller optischen Zwischenelemente, sehr wahrscheinlich an eine Konfiguration angepasst, die optimal um die LED gestaltet ist. Die elektrischen Anschlüsse, die Wärmesenke, die Kollimations- und/oder Reflexions- und/oder Streuoptik werden sehr wahrscheinlich Ausführungen haben, die in erster Linie für LEDs, und nicht in erster Linie für herkömmliche Glühlampen geeignet sind, die dann modifiziert werden, um LED-Lichtquellen einzuplanen.
Kurzfristig bevorzugen jedoch viele Autohersteller eine vertraute und bekannte Technologie, einschließlich bekannter Reflektor- und Glühlampengeometrien, die für Glühlampen entwickelt und über viele Jahre verwendet wurden. Folglich haben mehrere Beleuchtungshersteller Kombinationsrücklichtsysteme entwickelt, die LEDs als Lichtquellen verwenden, die aber gängige Öffnungen in Lampenfassungseinheiten und herkömmliche Erscheinungsformen verwenden. Die Lampe ist von hinten zugänglich, d. h. von der dem Betrachter entgegengesetzten Seite, wie es bei älteren Glühlampensystemen üblich ist. Diese Lampensysteme sind für Autohersteller kurzfristig interessant, da die mechanischen Aspekte der Lampensysteme mit den älteren, bewährten Systemen, die für Glühlampen verwendet werden, vereinbar sind. Ein Beispiel für ein derartiges Lampensystem ist das Produkt JOULE, das im Handel von Osram Sylvania mit Sitz in Danvers, Massachusetts, erhältlich ist.
Es gab verschiedene Ausführungen für diese Lampensysteme, die LED-Quellen verwenden, aber das mechanische Gefühl der älteren Glühlampensysteme haben. Jede dieser Ausführungen hat einige Nachteile, wie Schwierigkeiten bei der Montage oder eine geringe optische Leistungsfähigkeit, die durch Verluste verursacht wird.
Ein Beispiel für eine dieser bekannten Ausführungen ist in dem US-Patent US 6 991 355 B1 , erteilt am 31. Januar 2006 an Coushaine et al. und übertragen an OSRAM Sylvania Inc. mit Sitz in Danvers, Massachusetts, offenbart. Bei dieser Ausführung sind mehrere LEDs 22 an einer Seite einer Leiterplatte 20 angebracht, und eine Wärmesenke 25 ist an der anderen Seite der Leiterplatte 20 angebracht. Die LEDs, die Leiterplatte 20 und die Wärmesenke 25 befinden sich alle außerhalb eines Konkavreflektors 50, angrenzend an die Basis (den Scheitel) des Reflektors. Licht von jeder LED 22 wird über einen jeweiligen Lichtleiter 30, der sich von der LED 22 durch ein Loch am Scheitel des Reflektors 50 erstreckt, in das Innere des Reflektors 50 gerichtet. Die Austrittsseite jedes Lichtleiters 30 befindet sich im Brennpunkt des Reflektors 50, so dass von einer LED 22 ausgestrahltes Licht in den Lichtleiter 30 eintritt, im Brennpunkt des Reflektors 50 aus dem Lichtleiter 30 austritt, am Reflektor 50 reflektiert wird und als ein kollimierter Strahl aus der Lampe austritt. Eine der Ausführungen verwendet einen gekrümmten Lichtleiter 30a, so dass die Austrittsseite des Lichtleiters passend ausgerichtet ist und das aus dem Lichtleiter austretende Licht in eine geeignete Richtung wandert und an einer geeigneten Stelle auf den Reflektor 50 trifft. Eine weitere der Ausführungen verwendet einen geraden Lichtleiter 30 mit einem Zwischenreflektor 26, um den Lichtleiterausgang passend auf den Reflektor 50 zu richten.
Bei der Ausführung aus der US 6 991 355 B1 kann der Lichtleiter 30 die Verlustquelle sein. Typische Lichtleiter sind weitgehend zylindrische Stäbe aus Kunststoff oder Glas, wobei alle Oberflächen glatt oder, bei einem Gussteil so glatt wie möglich sind. Es können zusätzliche Polierschritte an dem Teil vorgenommen werden, aber derartige Polierschritte führen zu unerwünschten zusätzlichen Kosten für den Lichtleiter und damit für die gesamte Lampeneinheit.
Die Längsseiten des Lichtleiters sind die Eintritts- und Austrittsseiten, und beide können einen Verlust herbeiführen. Wenn zum Beispiel die Seiten unbeschichtet sind, kann es auf Grund des Unterschieds der Brechungsindices zwischen dem Stab und der Luft zu einem Reflexionsverlust von etwa 4% pro Oberfläche kommen. Ein derartiger Reflexionsverlust kann durch Aufbringen von Antireflexionsbeschichtungen auf die Längsseiten verringert werden, aber das kann zu unerwünschten zusätzlichen Kosten für den Lichtleiter und damit für die gesamte Lampeneinheit führen. Außerdem kann es durch Streuung zu zusätzlichen Verlusten an den Längsseiten kommen. Derartige Streuverluste können etwas verringert werden, indem gewährleistet wird, dass die Längsseiten relativ glatt sind, aber in der Praxis ist es schwierig, diese Streuverluste auszuschalten.
Die Querseite des Lichtleiters bleibt normalerweise ohne Beschichtung, so dass Licht, das sich entlang des Inneren des Lichtleiters ausbreitet, bei jedem Reflektieren an der Außenfläche eine innere Totalreflexion erfährt. Es kann durch Oberflächenrauheit, Schmutzstoffe oder andere Defekte entlang der Querseite zu Streuverlusten kommen. Wie bei den Streuverlusten durch die Längsseiten können auch die Streuverluste durch die Querseite schwierig auszuschalten sein.
Demnach wäre es günstig, ein Kombinationsrücklicht zu schaffen, das LEDs als Lichtquelle verwendet, von der Rückseite der Lampe einzusetzen ist und die optischen Verluste und Kosten eines Lichtleiters ausschaltet.
Da die vorliegende Anmeldung auf Beleuchtungssysteme in Kraftfahrzeugen abgestellt ist, ist es günstig, sich zunächst mit der Terminologie zu beschäftigen.
Die Teile, die die Beleuchtungssysteme an den Ecken von Fahrzeugen bilden, sind als „Lampenträger” bekannt. Bei Gebäuden wäre das Äquivalent von „Lampenträger” Haltevorrichtung. Ein Lampenträger umfasst normalerweise eine Kunststoffstruktur oder ein Kunststoffgehäuse, einen oder mehrere Reflektor bzw. Reflektoren, in manchen Fällen optische Linsensysteme und eine Abdecklinse, die normalerweise zum Außendesign des Fahrzeugs passt und häufig gefärbte Abschnitte aufweist, wie bernsteinfarben und rot. Das Gehäuse des Lampenträgers umfasst, normalerweise hinten, Fassungsöffnungen, um eine Fassung mit einer Lampe (in den Vereinigten Staaten üblicherweise als „bulb” bezeichnet) aufzunehmen und zu halten, Lüftungsmittel und in manchen Fällen Einstellmittel für die Frontbeleuchtung.
Im Allgemeinen gibt es für ein Beleuchtungsmodul auf LED-Basis vier Grundelemente: (1) den eigentlichen LED-Chip; (2) die Wärmesenke oder Wärmeabfuhr, die die von dem LED-Chip erzeugte Wärme ableitet, (3) die Treiberschaltung, die den LED-Chip betreibt, und (4) die Optik, die das von dem LED-Chip ausgestrahlte Licht empfängt und auf einen Betrachter richtet. Diese vier Elemente müssen nicht für jedes besondere Modul vollkommen neu gestaltet werden; stattdessen kann ein besonderes Beleuchtungsmodul ein oder mehrere bereits bekannte Elemente verwenden. Die folgenden Absätze beschreiben mehrere dieser bekannten Elemente, die mit dem hier offenbarten Beleuchtungsmodul auf LED-Basis verwendet werden können.
Das US-Patent US 7 042 165 B2 mit dem Titel „Treiberschaltung für eine LED-Fahrzeuglampe”, erteilt an Madhani et al. und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, offenbart eine bekannte Treiberschaltung für Beleuchtungsmodule auf LED-Basis und ist hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen. Im Patent '165 ist eine erste Fahrzeuglampen-Treiberschaltung für eine Leuchtdioden(LED)-Gruppierung offenbart, wobei die LED-Gruppierung einen ersten Strang von vier LEDs in Reihe und einen zweiten Strang von vier LEDs in Reihe aufweist. Ein erster LED-Treiber treibt den ersten LED-Strang an, und ein zweiter LED-Treiber treibt den zweiten LED-Strang an. Bei einem Betriebsmodus BREMSEN wird der Strom zu beiden LED-Strängen durch den LED-Treiber in Reihe mit dem LED-Strang gesteuert. Bei einem Betriebsmodus HECK wird nur ein LED-Strang über eine Diode und einen Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, mit Strom versorgt. Wenn eine verringerte Eingangsspannung vorliegt, wird der Betrieb der LED-Stränge durch Schaltkreise vorgesehen, die in jedem LED-Strang eine LED überbrücken. Eine zweite Fahrzeuglampen-Treiberschaltung weist einen ersten LED-Strang und einen zweiten LED-Strang in Reihe mit einem Steuerschalter auf, der eine Rückkopplungsschaltung aufweist, um eine konstante Stromregelung zu erhalten, um die Summe des Stroms in jedem LED-Strang zu steuern und Schaltstörungen zu verringern. Die in dem Patent '165 offenbarte Treiberschaltung kann direkt verwendet werden, oder sie kann leicht modifiziert werden, um den LED-Chip für das hier offenbarte Beleuchtungsmodul anzutreiben.
Das US-Patent US 7 110 656 B2 mit dem Titel „LED-Kolben”, erteilt an Coushaine et al. und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, offenbart eine komplementäre mechanische Struktur aus Buchse und Schaltverbindungsstück für Beleuchtungsmodule auf LED-Basis und ist hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen. Im Patent '656 weist eine LED-Lichtquelle ein Gehäuse mit einer Basis auf. Ein Hohlkern steht von der Basis vor und ist um eine Längsachse gruppiert. Eine Leiterplatte ist in der Basis an einem Ende des Hohlkerns positioniert und weist eine Vielzahl von LEDs auf, die um dessen Mitte betriebsbereit daran befestigt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlkern rohrförmig und die Leiterplatte kreisförmig. Ein Lichtleiter mit einem Körper, der bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie in den 2 und 4a gezeigt ist, napfförmig ist, weist eine gegebene Wandstärke „T” auf. Der Lichtleiter ist in dem Hohlkern positioniert und weist ein erstes Ende in betriebsbereiter Beziehung zu der Vielzahl von LEDs und ein zweites Ende, das über den Hohlkern vorsteht, auf. Die Dicke „T” ist zumindest groß genug, um den Emissionsbereich der LEDs, die damit verwendet werden, zu umfassen. Die komplementäre mechanische Struktur aus Buchse und Schaltverbindungsstück, die in '656 offenbart ist, kann direkt verwendet werden, oder sie kann für das hier offenbarte Beleuchtungsmodul leicht modifiziert werden.
Das US-Patent US 7 075 224 B2 mit dem Titel „Verbindungsstück für Leuchtdiodenkolben mit Spannungsempfänger”, erteilt an Coushaine et al. und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, offenbart eine weitere komplementäre mechanische Struktur aus Buchse und Schaltverbindungsstück für Beleuchtungsmodule auf LED-Basis und ist hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen. In dem Patent '224 weist eine LED-Lichtquelle (10) ein Gehäuse (12) mit einer Basis (14) mit einem davon vorstehenden Hohlkern (16) auf. Der Kern (16) ist im Wesentlichen konisch. Ein zentraler Heizleiter (17) befindet sich mittig innerhalb des Hohlkerns (16) und ist aus solidem Kupfer gebildet. Eine erste Leiterplatte (18) ist mit einem Ende des zentralen Heizleiters verbunden, und eine zweite Leiterplatte (20) ist an einem zweiten, entgegengesetzten Ende des zentralen Heizleiters (17) befestigt. Die zweite Leiterplatte (20) weist mindestens eine LED (24) auf, die betriebsbereit an dieser befestigt ist. Eine Vielzahl von elektrischen Leitern (26) weist proximale Enden (28), die elektrische Spuren kontaktieren, die auf der zweiten Leiterplatte (20) gebildet sind, und distale Enden (30), die elektrische Spuren auf der ersten Leiterplatte (18) kontaktieren, auf. Jeder der elektrischen Leiter (26) weist einen darin gebildeten Spannungslöser (27) auf, der während der Montage axial zusammengepresst wird. Ein Aufsatz (32) ist über der zweiten Leiterplatte (20) platziert; und eine Wärmesenke (34) ist an der Basis in Thermokontakt mit der ersten Leiterplatte angebracht. Wie bei dem Patent '656 kann die in dem Patent '224 offenbarte komplementäre mechanische Struktur aus Buchse und Schaltverbindungsstück direkt verwendet werden, oder sie kann für das hier offenbarte Beleuchtungsmodul leicht modifiziert werden.
Das US-Patent US 6 637 921 B2 mit dem Titel „Austauschbarer LED-Kolben mit auswechselbarer Linsenoptik”, erteilt an Coushaine und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, offenbart eine Reflektoroptik, die senkrecht zu einer Leiterplatte ausgestrahltes Licht von einer LED empfangen und es in eine Anzahl von Richtungen reflektieren kann, die alle in etwa parallel zu der Leiterplatte sind. Die in dem Patent '921 offenbarte Optik kann die Form eines umgekehrten Kegels haben, wobei die Spitze des Kegels zum LED-Chip weist. Der Kegel kann durchgehend sein, oder er kann in einer anderen Ausführungsform diskrete Facetten aufweisen, die der Form eines Kegels ähnlich sind. Die Reflektoroptik kann mit einem einzelnen LED-Chip oder mit mehreren LED-Chips, die um die Spitze des Kegels angeordnet sind, verwendet werden. Die in dem Patent '921 offenbarte Reflektoroptik kann mit dem hier offenbarten Beleuchtungsmodul auf LED-Basis verwendet werden, und sie kann in den Strahlenverlauf zwischen dem LED-Chip und dem Reflektor angeordnet werden, der das LED-Licht zu einem Betrachter leitet.
JP 2002-100217 A beschreibt eine Fahrzeuglampe, in der in einer Lichtquelleneinheit von einer Mehrzahl von LEDs abgestrahltes Licht mittels Lichtleiter-Bereiche der Lichtquelleneinheit auf einen Pseudo-Fokus konvergiert, derart dass ein im Brennpunkt eines Parabolspiegels angeordneter Hyperbolspiegel, in dessen Brennpunkt der Pseudo-Fokus der Lichtquelleneinheit angeordnet ist, als Pseudo-Lichtquelle der Fahrzeuglampe dient.
US 2006/0181864 A1 beschreibt eine LED-Lichtquelle mit einem Gehäuse mit Basis, von der sich ein hohler Grundkörper erstreckt, wobei eine Leiterplatte an der einen Seite des hohlen Grundkörpers angeordnet ist, an der eine Mehrzahl von LEDs befestigt sind. In dem hohlen Grundkörper ist ein schlauchförmiger Lichtleiter angeordnet, der das von den LEDs abgestrahlte Licht auf einen Reflektor mit einer konkaven reflektierenden Oberfläche weiterleitet.
JP 2002-100217 A beschreibt eine Fahrzeuglampe, in der in Gehäuse mit einer Basis, von der sich ein im Wesentlichen zylindrischer Grundkörper erstreckt, der von hohlen Röhren umgeben ist. Auf einer Leiterplatte sind LEDs jeweils derart angeordnet, dass diese in einem Eins-zu-eins-Verhältnis an einem Ende des Grundkörpers an jeweils einer der hohlen Röhren angeordnet sind. An dem anderen Ende des Grundkörpers ist ein erster Reflektor angeordnet, wobei das von den LEDs emittierte Licht mittels der hohlen Röhren zu dem ersten Reflektor geleitet wird.
US 2007/0279908 A1 beschreibt ein Ausrüstungsteil eines Beleuchtungssystems mit einer Lichtquelle und mindestens einer reflektierenden Oberfläche, wobei die reflektierende Oberfläche als Reflektor mit einzelnen konvex gewölbten reflektierenden Flächen und Längskanälen, mit reflektierenden konvexen Ringen mit Breitenkanälen oder als Mehrwinkel-Reflektor ausgebildet ist.
DE 600 31 397 T2 beschreibt einen Lichtextraktor für eine Lichtleiterlampe mit einer Diffusionsfläche, der dazu vorgesehen ist, koaxial in eine Lichtleiter der Lichtleiterlampe eingefügt zu werden, wobei die Diffusionsfläche bezüglich der Richtung der Längsachse mindestens teilweise geneigt ist, divergierend von einem Lichteinlassende.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform ist ein Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: einen Konkavreflektor (85, 13) mit einem Brennpunkt und mit einer Öffnung an seinem Scheitel zum Empfangen von sich quer ausbreitendem divergierendem Licht und zum Reflektieren von sich längs ausbreitendem, kollimiertem Licht; einen nach außen geweiteten Reflektor (75), der im Brennpunkt des Konkavreflektors (85) angeordnet ist, zum Empfangen von sich längs ausbreitendem, gerichtetem Licht und zum Reflektieren von sich quer ausbreitendem divergierendem Licht zum Konkavreflektor (85); und einen Lichtleitbereich zum Empfangen von sich längs ausbreitendem divergierendem Licht von mindestens einer Leuchtdiode (35) und zum Erzeugen von sich längs ausbreitendem gerichtetem Licht. Der Lichtleitbereich ist zwischen einer konvexen Reflexionsfläche (65) und einer konkaven Reflexionsfläche (45) gebildet, wobei die konvexe und die konkave Reflexionsfläche (65, 45) Querschnitte aufweisen, die eingepasst, kontinuierlich und konzentrisch sind. Der Lichtleitbereich erstreckt sich durch die Öffnung am Scheitel des Konkavreflektors (85) und ist von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet. Der nach außen geweitete Reflektor geht dabei kontinuierlich in die konvexe Reflexionsfläche über. Die mindestens eine Leuchtdiode (35) ist außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform ist ein Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: einen Innenzylinder (61) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende entgegengesetzt zu dem proximalen Ende, wobei der Innenzylinder (61) eine konvexe zylindrische Reflexionsfläche (65) aufweist; einen Außenzylinder (43), der den Innenzylinder (61) umgibt, wobei der Außenzylinder (43) eine konkave zylindrische Reflexionsfläche (45) aufweist, die zu der konvexen zylindrischen Reflexionsfläche (65) koaxial ist und zu dieser weist, wobei die konvexe und die konkave zylindrische Reflexionsfläche (65, 45) einen Lichtausbreitungsbereich quer abgrenzen, welcher von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet ist; eine Leiterplatte (31), die an dem proximalen Ende des Innenzylinders (61) angeordnet ist; eine Vielzahl von Leuchtdioden (35), die auf der Leiterplatte (31) angeordnet sind, wobei die Dioden (35) durch die Leiterplatte (31) elektrisch betrieben werden können, wobei die Dioden (35) Licht erzeugen können, das sich in Längsrichtung weg von der Leiterplatte (31) in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreitet; und einen nach außen geweiteten Reflektor (75), der an dem distalen Ende des Innenzylinders (61) angeordnet ist, an den Lichtausbreitungsbereich angrenzt und kontinuierlich in den Innenzylinder übergeht, um Licht, das sich in Längsrichtung in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreitet, quer zu reflektieren, wobei der geweitete Reflektor von dem proximalen zu dem distalen Ende einen sich vergrößernden Querschnitt aufweist.
Eine weitere Ausführungsform ist ein Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: eine Leiterplatte (31); einen Innenzylinder (61), der sich von der Leiterplatte (31) weg erstreckt und eine konvexe zylindrische Reflexionsfläche (65) aufweist; einen Außenzylinder (43), der den Innenzylinder (61) umgibt, wobei der Außenzylinder (43) eine konkave zylindrische Reflexionsfläche (45) aufweist, die mit der konvexen zylindrischen Reflexionsfläche (65) koaxial ist und zu dieser weist, wobei die konvexe und die konkave zylindrische Reflexionsfläche (65, 45) einen Lichtausbreitungsbereich quer abgrenzen, welcher von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet ist; eine Vielzahl von Leuchtdioden (35), die auf der Leiterplatte (31) angeordnet sind, wobei die Dioden (35) durch die Leiterplatte (31) elektrisch betrieben werden können, wobei die Dioden (35) Licht erzeugen können, das sich in Längsrichtung weg von der Leiterplatte (31) in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreitet; und einen trompetenförmigen Reflektor (75), der an einem Längsende des Innenzylinders (61) entgegengesetzt zu der Leiterplatte (31) und angrenzend an den Lichtausbreitungsbereich angeordnet ist und kontinuierlich in den Innenzylinder übergeht, um Licht, das sich in Längsrichtung in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreitet, quer zu reflektieren; einen Konkavreflektor (85) zum Kollimieren und in Längsrichtung Reflektieren von Licht, das von dem trompetenförmigen Reflektor (75) quer reflektiert wird, wobei der Konkavreflektor (85) einen Brennpunkt und eine Öffnung an seinem Scheitel aufweist; und eine transparente Abdeckung (15) zum Durchlassen von kollimiertem Licht von dem Konkavreflektor (85). Der Innen- und der Außenzylinder (61, 43) erstrecken sich durch die Öffnung an dem Scheitel des Konkavreflektors (85). Der trompetenförmige Reflektor (75) ist im Brennpunkt des Konkavreflektors (85) angeordnet. Die Leiterplatte (31) ist außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung der beispielhaften Außenbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs.
2 ist eine schematische Querschnittzeichnung eines vereinfachten Strahlenverlaufs in einem Kombinationsrücklicht mit einer einzelnen LED und einem nicht facettierten Reflektor.
3 ist eine schematische Querschnittzeichnung eines vereinfachten Strahlenverlaufs in einem Kombinationsrücklicht mit mehreren LEDs und einem nicht facettierten Reflektor.
4 ist eine schematische Querschnittzeichnung eines vereinfachten Strahlenverlaufs in einem Kombinationsrücklicht mit einer einzelnen LED und einem facettierten Reflektor.
5 ist eine schematische Zeichnung in zusammengesetzter Ansicht einer beispielhaften mechanischen Anordnung eines LED-Moduls für ein Kombinationsrücklicht.
6 ist eine schematische Zeichnung in Explosionsansicht des LED-Moduls der 5.
7 ist eine schematische Querschnittzeichnung des LED-Moduls der 5 und 6.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das hier offenbarte Leuchtdioden(LED)-Modul kann für die Außenbeleuchtung eines Fahrzeugs verwendet werden. Das LED-Modul kann in einer Lampenträgerbuchse von hinten montiert werden, und zwar ähnlich wie bei derjenigen, die bei herkömmlichen Glühlampen verwendet wird. Das LED-Modul kann optische Elemente aufweisen, die geeignet sind, das Licht an einen Reflektor zu verteilen, der Licht von dem (den) LED-Chip(s) empfängt und das reflektierte Licht zu einem Betrachter leitet. Dies wird genauer in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung offenbart.
Für typische bekannte Kombinationsrücklichter, die Leuchtdioden als Lichtquellen verwenden, gab es zahlreiche Möglichkeiten, um zu gewährleisten, dass das ausgegebene Licht in der richtigen Ausrichtung aus der Vorrichtung austritt. Zum Beispiel verwendete das im Handel unter dem Namen JOULE erhältliche System der ersten Generation Leuchtdioden, die in einem besonderen Winkel angebracht waren. Das Montageverfahren für dieses System der ersten Generation war unerwünscht kompliziert und erforderte einen schwierigen Anschluss zwischen den LEDs und den gedruckten Leiterplatten. Bei dem JOULE-System der zweiten Generation wurde dieses Montageschema für die Leuchtdioden durch einen Lichtleiter und einen kleinen Reflektor ersetzt, die den Emissionspunkt der LED auf den Brennpunkt des Reflektors des Kombinationsrücklichts abbilden. Der Lichtleiter ist normalerweise ein transparentes Rohr aus Glas oder Kunststoff mit glatten Seiten, die gewährleisten, dass ein Strahl, der entlang des Lichtleiters übertragen wird, bei jeder Reflexion an den Seiten eine innere Totalreflexion erfährt. Der Lichtleiter ist, wenn er auch eine Verbesserung gegenüber dem Produkt der ersten Generation darstellt, immer noch eine gesonderte Komponente in dem System, wodurch sich die Kosten für das System erhöhen, und er bringt immer noch Verluste mit sich, da ein Anteil des Lichts an den Eintritts- und Austrittsgrenzflächen des Lichtleiters verloren geht. Zusätzliche LEDs waren erforderlich, um die durch den Lichtleiter und die zugeordnete Optik eingebrachten Verluste zu überwinden. Ein System, das seitlich ausstrahlende Leuchtdioden verwendet, wurde auch ausprobiert, aber auch hier gab es entweder Montageschwierigkeiten oder eine geringe optische Leistungsfähigkeit.
Im Allgemeinen zeigen alle der vorherigen Kombinationsrücklichter irgendeine Art von Mangel, ob es sich nun um Schwierigkeiten bei der Montage, eine geringe optische Leistungsfähigkeit oder eine Inkompatibilität mit modernen Gehäusen für Kombinationsrücklichter handelt.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese Mängel und kann einen oder mehrere der folgenden Vorteile bieten: Zunächst ist das Leuchtdiodenmodul vollständig integriert und verringert dadurch die Anzahl an Komponenten und vereinfacht die Montage des Moduls. Ferner besteht, da sich die Leuchtdioden und die Elektronik auf der gleichen Platte befinden, keine Notwendigkeit für eine zusätzliche Verbindung zwischen diesen.
Zweitens ist das Leuchtdiodenmodul rückwärtskompatibel und weist optische und mechanische Kennzeichen auf, die zu denjenigen von modernen Gehäusen von Kombinationsrücklichtern passen oder ohne weiteres an sie angepasst werden können.
Drittens verringert sich der Verlust des LED-Moduls, wodurch die Helligkeit des Moduls erhöht und/oder die Menge an elektrischem Strom, die notwendig ist, um das Modul zu betreiben, verringert wird. Ein Lichtleiter oder irgendeine zusätzliche Optik sind nicht nötig.
Wir liefern im folgenden Absatz eine kurze Zusammenfassung der Offenbarung, gefolgt von einer ausführlichen Beschreibung des Strahlenverlaufs in dem Kombinationsrücklicht, gefolgt von einer ausführlichen Beschreibung der mechanischen Aspekte des Kombinationsrücklichts.
Es wird ein von hinten anzubringendes LED-Modul für ein Kombinationsrücklicht offenbart. Eine oder mehrere LEDs sind auf einer Leiterplatte montiert, die diese elektrisch betreibt und außerhalb eines facettierten Parabolreflektors mechanisch hält. Aus den LEDs ausgestrahltes Licht tritt in einen Lichtausbreitungsbereich ein, der zwischen den angrenzenden reflektierenden Seiten von zwei verschachtelten Zylindern gebildet ist. Die Zylinder erstrecken sich von den LEDs, außerhalb des Reflektors, längs durch ein Loch am Scheitel des Reflektors zum Brennpunkt des Reflektors. Bei manchen Anwendungen kann der Lichtausbreitungsbereich als ein Strahlenhomogenisator dienen, so dass Licht, das aus dem Lichtausbreitungsbereich austritt, in etwa eine gleichmäßige Intensität aufweisen kann. Licht aus dem Lichtausbreitungsbereich trifft auf einen nach außen geweiteten Reflektor, der es weitgehend quer auf den Parabolreflektor richtet. Der Parabolreflektor kollimiert das Licht und richtet es längs durch eine transparente Abdeckung und aus der Lampe heraus. Der Parabolreflektor kann Facetten aufweisen, die Anteile des reflektierten Lichts winkelig ablenken, um eine gewünschte zweidimensionale winkelige Verteilung für den austretenden Strahl zu bilden.
Nachdem nun eine kurze Zusammenfassung der Offenbarung geliefert wurde, folgt als nächstes eine Besprechung des Strahlenverlaufs in dem Kombinationsrücklicht, gefolgt von einer ausführlicheren Besprechung der mechanischen Implementierung der optischen Komponenten.
2 ist eine schematische Querschnittzeichnung eines vereinfachten Strahlenverlaufs in einem Kombinationsrücklicht 10. Es ist zu beachten, dass dieser Strahlenverlauf als „Halbparaboloid” angesehen werden kann. In manchen Fällen kann mehr als ein Halbparaboloid notwendig sein, um das gesamte Licht von den LEDs aufzufangen und zu reflektieren. In solchen Fällen kann ein Vollparaboloid verwendet werden, der vollen 360 Grad gegenüberliegt. Ein Beispiel für ein solches Vollparaboloid ist in 7 gezeigt und wird nachstehend besprochen. Für die hier gegebene schematische Besprechung reicht es aus, den Betrieb dieses Halbparaboloids zu beschreiben, in der Erwartung, dass sich Strahlen, die von dem Vollparaboloid reflektiert werden, auf die gleiche Weise verhalten.
Ein LED-Modul 11A strahlt einen divergierenden Strahl 12 seitlich aus, in Richtung zur Seite des Kombinationsrücklichts 10. Der divergierende Strahl hat eine Spitzenhelligkeit entlang einer besonderen Richtung, die hier als optische Achse 17 bezeichnet wird. Der divergierende Strahl 12 kann durch eine besondere Winkelverteilung oder eine Winkelbreite charakterisiert werden, die beschreibt, wie schnell die Helligkeit des Strahls abnimmt, und zwar als Winkelfunktion. Zum Beispiel kann der divergierende Strahl für seine Intensität oder Helligkeit eine Halbwertsbreiten-Charakteristik (FWHM) aufweisen, oder er kann eine Halbwertsbreite bei einer 1/e^2-Intensität, oder irgendeine andere geeignete Winkelbreite aufweisen. Die charakteristischen Winkelbreiten des divergierenden Strahls können gleich sein, oder sie können entlang der x- und y-Richtungen verschieden sein, wobei die optische Achse als z-Richtung angesehen werden kann. Die Größe des divergierenden Strahls nimmt beim Ausbreiten entlang der optischen Achse 17 zu, und zwar in etwa im Verhältnis zum Abstand von dem LED-Modul 11A.
Bei diesem vereinfachten Strahlenverlauf in 2 gibt es nur eine einzelne LED in dem LED-Modul 11A. In der Praxis können mehr als eine LED in dem Modul vorhanden sein; dieser Fall wird ausdrücklich nach der Besprechung des vereinfachten Systems in 2 behandelt.
Der divergierende Strahl 12 trifft auf einen Konkavreflektor 13A, der den Strahl kollimiert und einen kollimierten Strahl 14 längs, in Richtung zur Vorderseite des Kombinationsrücklichts 10, reflektiert.
Der Reflektor 13A kann die Form eines Paraboloids aufweisen, der in einem Querschnitt, der seinen Scheitel einschließt, parabolisch ist. Es ist bekannt, dass Parabolreflektoren einen nahezu aberrationsfreien kollimierten Strahl von einer Lichtquelle, die im Brennpunkt des Paraboloides platziert ist, reflektieren. Eine Längsverschiebung der Quelle weg von dem Brennpunkt kann eine Defokussierung oder Abweichung von der Kollimierung erzeugen, oder äquivalent eine Abweichung des Lichtflusses vom Parallelismus. Ein seitliches Verschieben der Quelle weg von dem Brennpunkt kann einen Fokussierungsfehler des reflektierten kollimierten Strahls erzeugen. Mit anderen Worten: Es ist bei einer seitlich verschobenen Quelle der reflektierte Strahl immer noch kollimiert, aber der reflektierte Strahl kann in Bezug auf den Winkel von dem nicht verschobenen Fall abweichen. Im Allgemeinen gleicht der Wert einer derartigen Winkelverschiebung in Bezug auf die Strahlstärke der seitlichen Verschiebung der Quelle geteilt durch die Brennweite des Parabolreflektors. Bei seitlichen Verschiebungen weg von dem Brennpunkt, die lang genug sind, kann der reflektierte Strahl auch monochromatische Wellenfrontaberrationen aufweisen, wie eine Koma.
In 2 kann man die optische Achse als am Reflektor abgelenkt ansehen, so dass bei dem kollimierten Strahl die optische Achse 18 in etwa längs, in Richtung zur Vorderseite des Kombinationsrücklichts 10, ausgerichtet sein kann. In manchen Anwendungen kann die optische Achse 17, 18 am Reflektor um 90 Grad umgelenkt werden. In anderen Anwendungen kann sie um etwas mehr als 90 Grad oder etwas weniger als 90 Grad umgelenkt werden. Bei allen Fällen verweisen wir darauf, dass der divergierende Strahl 12 eine „weitgehend” seitliche Ausrichtung hat, und dass der kollimierte Strahl 14 eine „weitgehende” Längsausrichtung aufweist.
Der kollimierte Strahl 14 kann in der Literatur üblicherweise als „paralleler Lichtstrom”; bezeichnet werden. Diese Begriffe sind austauschbar und können, wie sie in dieser Anmeldung verwendet werden, als äquivalent angesehen werden.
Nach Durchgang durch eine transparente „klare Abdeckung” oder „Abdecklinse” 15 bleibt der kollimierte Strahl 14 kollimiert 16 und tritt aus dem Kombinationsrücklicht 10 an der Rückseite des Kraftfahrzeugs in Richtung zum Betrachter aus. Die klare Abdeckung 15 kann eine mögliche spektrale Wirkung aufweisen, wie das Filtern von einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen von dem durchfallenden Licht, aber normalerweise streut sie den Strahl nicht, wie es bei einem Diffusor der Fall wäre.
Das LED-Modul 11A, der Reflektor 13A und die klare Abdeckung 15 können alle von einem Gehäuse 20 mechanisch gehalten werden. Ein derartiges Gehäuse 20 kann dahingehend wünschenswert sein, dass es kostengünstig hergestellt werden kann, und es kann geformt oder gestanzt sein, so dass es das Oberflächenprofil des Reflektors 13 umfasst.
Die mechanischen Aspekte des Kombinationsrücklichts 10 werden nachstehend nach der momentanen Beschreibung des Strahlenverlaufs genauer besprochen.
Das vereinfachte Kombinationsrücklicht 10 aus 2 kann einige Modifikationen erforderlich machen, bevor es den gesetzlichen Anforderungen für ein Kombinationsrücklicht entspricht; es sei in Erinnerung gerufen, dass diese Anforderungen für Glühlampen festgelegt wurden und dass neue Lampen auf LED-Basis so gestaltet sein können, dass ihre Ausgaben „so aussehen”, wie die von Glühlampenfassungen, um den alten Anforderungen zu entsprechen.
Zum Beispiel kann das Kombinationsrücklicht eine größere Lichtleistung erfordern, als es mit einer einzelnen LED möglich oder zweckmäßig ist. Eine derartige Mehrfach-LED ist in vereinfachter Form schematisch in 3 gezeigt.
Verglichen mit dem Kombinationsrücklicht 10 aus 2 ist die einzige unterschiedliche Komponente ein Mehrfach-LED-Modul 11B, das drei LEDs umfasst. In diesem vereinfachten Schema strahlen alle LEDs Licht in etwa die gleiche Richtung, und zwar innerhalb typischer Herstellungs-, Montage- und/oder Ausrichtungstoleranzen. Bei anderen Anwendungen können eine oder mehrere LEDs in verschiedene Richtungen weisen.
Das Licht von jedem der drei LED-Quellen auf dem Mehrfach-LED-Modul 11B wird durch das gesamte Kombinationsrücklicht 10 verfolgt, so dass es drei Sätze von gestrichelten Linien gibt, um den Strahl darzustellen. Die Wirkung mehrerer, räumlich getrennter Quellen bei einem derartigen System besteht darin, dass es eine gewisse geringe Winkelabweichung mancher Lichtstrahlen in dem Strahl 16 weg von der optischen Achse 18 geben kann. Eine derartige Winkelabweichung ist normalerweise gering, wie im Bereich von nur wenigen Grad, und der Ausgangsstrahl 16 wird immer noch als kollimiert angesehen.
Vom optischen Standpunkt ist es wünschenswert, dass die LEDs so nahe wie möglich beieinander sind. Aus thermischer Sicht ist es jedoch wünschenswert, dass die LEDs so weit wie möglich beabstandet sind, so dass die von jeder LED erzeugte Wärme wirksam abgeleitet werden kann. In der Praxis können die LEDs auf einer Leiterplatte um bis zu wenige mm oder mehr beabstandet sein. Die thermischen Aspekte des Kombinationsrücklichts 10 werden nachstehend genauer beschrieben, und zwar im Anschluss an die momentane Beschreibung des Strahlenverlaufs.
Das vereinfachte Kombinationsrücklicht 10 aus 3 kann eine ausreichende optische Ausgangsleistung haben, aber es kann sein, dass die winkelige Verteilung des Lichts in dem Ausgangsstrahl 16 nicht geeignet ist. Mit anderen Worten: Es kann der Ausgangsstrahl 16 zu sehr gebündelt sein, so dass, wenn die Sichtlinie eines Betrachters außerhalb des relativ engen Ausgangsstrahls 16 liegt, die Lampe nicht hell genug erscheinen kann.
Dies kann durch Untersuchen der Winkelanforderungen der Lampenausgangsleistung und ihrer Entwicklung von der Ausgangsleistung von Glühlampen genauer verstanden werden. Licht, das aus einer Reflektorfassung vom alten Typ austritt, weist zwei überlagerte Anteile auf: (1) Licht, das von dem Kolben direkt aus der klaren Abdeckung geht, und (2) Licht von dem Kolben, das an dem Parabolreflektor reflektiert wird. Der Anteil (1) ist divergierend, während der Anteil (2) im Allgemeinen kollimiert ist. Die Kombination dieser zwei Anteile im Raum weg von dem Kraftfahrzeug weist eine Winkelabhängigkeit auf, wobei die Intensität größer ist, wenn die Sichtlinie des Betrachters innerhalb des kollimierten Strahls des Anteils (2) liegt. Die Winkelabhängigkeit wird jedoch durch die relativ schwache Winkelabhängigkeit des Anteils (1) gedämpft. Nach den gesetzlichen Regelungen entwickelten sich typische Schwellwerte für eine Winkelausgabe zu etwa ±10 Grad in vertikaler Richtung und etwa ±20 Grad seitlich, so dass das Licht von der Lampe ausreichend gesehen werden konnte, wenn die Sichtlinie eines Betrachters „innerhalb”; des Winkelschwellenwertes ist, aber es muss nicht unbedingt gesehen werden, wenn die Sichtlinie des Betrachters außerhalb des Winkelschwellenwertes liegt.
Daraus ergibt sich, dass der Ausgangsstrahl 16 aus dem vereinfachten Kombinationsrücklicht 10 aus 3 zu eng sein kann, um die Winkelanforderungen von etwa ±10 Grad vertikal und etwa ±20 Grad seitlich zu erfüllen, da dessen Winkelausmaß nur höchstens ± wenige Grad aufweisen kann. Ein bekanntes Element, das für das winkelige Verbreitern eines Strahls, ohne dessen Kollimierung signifikant zu verändern, entwickelt wurde, ist in 4 gezeigt und kann als ein „facettierter”; Reflektor bezeichnet werden.
Verglichen mit der schematischen Zeichnung aus 2 des vereinfachten Kombinationsrücklichts 10 besteht der einzige Unterschied in 4 in dem Ersetzen des einfachen Parabolreflektors 13A durch einen facettierten Parabolreflektor 13B. Im Allgemeinen sind facettierte Reflektoren in der Industrie bekannt und wurden in der Patentliteratur bereits 1972 oder früher offenbart. Drei derartige bekannte facettierte Reflektor werden nachstehend zusammengefasst. Es wird klar sein, dass zusätzlich zu den drei nachstehend zusammengefassten Beispielen jede geeignete facettierte Reflektorausführung verwendet werden kann. Bei der beispielhaften Zeichnung in 4 richtet jede Facettierung 19A, 19B, 19C, 19D und 19E Licht in den im Allgemeinen gleichen vorbestimmten Winkelbereich, wobei der gesamte Lampenausgang im Allgemeinen den gleichen Winkelbereich wie jede der Facetten aufweist. Bei alternativen Ausführungsformen kann jede Facettierung Licht in ihren eigenen, individuell vorbestimmten Winkelbereich richten, wobei der gesamte Lampenausgang die Winkelbeiträge von allen Facetten einschließt.
Eine der relativ frühen facettierten Reflektorausführungen ist in dem US-Patent Nr. 3,700,883 mit dem Titel „Facettierter Reflektor für eine Beleuchtungseinheit” offenbart, das am 24. Oktober 1972 an Donohue et al. erteilt wurde und hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen ist. Donohue offenbart eine Anleitung zur Herstellung des Reflektors, einschließlich einer Festlegung der Anzahl, Größe, Krümmung und Platzierung jeder Facettierung, um unverzerrte Reflektorbilder der Lichtquelle zu erzeugen, deren Summenwirkung die gewünschte Beleuchtungsverteilung innerhalb vorgeschriebener Grenzen erzeugt. Da genaue parabolische zylindrische Oberflächen 1972 schwierig herzustellen waren, schließt Donohue mathematische Annäherungen ein, um stattdessen die Verwendung von kreisförmigen zylindrischen Oberflächen zu ermöglichen.
Eine weitere facettierte Reflektorausführung ist in dem US-Patent Nr. 4,704,661 mit dem Titel „Facettierter Reflektor für Scheinwerfer” offenbart, das am 3. November 1987 an Kosmatka erteilt wurde und hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen ist. Im Gegensatz zu dem früheren Donohue-Patent, das richtige zylindrische Oberflächen verwendete, verwendet das Kosmatka-Patent richtige parabolische zylindrische Oberflächen und einfach gedrehte parabolische Oberflächen.
Eine dritte bekannte facettierte Reflektorausführung ist in dem US-Patent Nr. 5,406,464 mit dem Titel „Reflektor für Fahrzeugscheinwerfer” offenbart, das am 11. April 1995 an Saito erteilt wurde und hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen ist. Saito offenbart einen Reflektor, der mehrere Reflexionsbereiche aufweist, wobei jeder Reflexionsbereich mehrere Segmente aufweist. Jedes Segment hat eine gekrümmte Grundfläche (hyperbolisches Paraboloid, elliptisches Paraboloid oder Rotationsparaboloid) und ist auf eine Rotationsparaboloid-Referenzfläche mit lokal unterschiedlichen Brennweiten ausgelegt.
Wie er in dem Kombinationsrücklicht 10 aus 4 verwendet wird, empfängt der facettierte Reflektor 13B den divergierenden Strahl 12 von dem LED-Modul 11A, kollimiert den Strahl und lenkt Anteile des Strahl winkelig ab und richtet den kollimierten und winkelig abgelenkten Strahl 14 auf die klare Abdeckung 15, durch die das Licht aus der Lampe 10 austritt.
Die optischen schematischen Zeichnungen der 2–4 zeigen LED-Module 11A und 11B, die eine oder mehrere LEDs im Brennpunkt des facettierten Reflektors 13B mechanisch halten. Aus mehreren Gründen kann es wünschenswert sein, die LEDs außerhalb des Reflektors anzuordnen und das Licht von den LEDs durch ein Loch in dem Reflektor zum Brennpunkt des Reflektors zu leiten. Bei manchen bekannten Ausführungen wurde dieses Hindurchleiten durch einen Lichtleiter bewerkstelligt.
Wie vorstehend bei der Besprechung des US-Patents Nr. 6,991,355 angegeben wurde, kann der Lichtleiter eine Verlustquelle sein. Zum Beispiel haben typische LEDs „Lambertsche”; Emissionsmuster mit einem Strahlwinkel um 120 Grad. Jedoch sind typische Öffnungswinkel von Kunststoff- oder Glas-Lichtleitern viel kleiner als 120 Grad. Licht, das mit einem größeren Winkel als dem Öffnungswinkel des Lichtleiters ausgestrahlt wird, geht verloren. Außerdem kann es durch Streuung zu zusätzlichen Verlusten an den Längs- und Querseiten kommen. In vielen Fällen wäre es wünschenswert, den Lichtleiter selber wegzulassen, während die Funktionalität des Durchleitens von Licht von den LEDs durch die Wand des Parabolreflektors zum Brennpunkt des Parabolreflektors erhalten bleibt.
Bei dieser Anwendung wird das Licht von den LEDs zum Brennpunkt des Reflektors durch Ausbreitung im freien Raum in einem sogenannten „Lichtleitbereich”; oder einem „Lichtausbreitungsbereich” durchgeleitet, der als das Volumen zwischen zwei verschachtelten Zylindern oder anderen geeigneten Formen gebildet ist. Die konvexe und die konkave Seite der Zylinder, die zueinander weisen, sind so beschichtet, dass sie stark reflektierend sind. Licht, das in ein Längsende des Lichtleitbereichs an einem Ende eintritt, wird zwischen der konvexen und der konkaven Reflexionsfläche mehreren Reflexionen unterworfen und tritt aus dem anderen Längsende des Lichtleitbereichs aus.
Der Strahlenverlauf innerhalb des Lichtleitbereichs hat eine relativ hohe Empfindlichkeit gegenüber der Ausgangsposition und dem Winkel eines besonderen Lichtstrahls. Mit anderen Worten: Es kann eine kleine Änderung eines einfallenden besonderen Lichtstrahls eine große Änderung der Position und des Winkels des entsprechenden austretenden Lichtstrahls bewirken. Zum Beispiel kann die Zahl der Reflexionen innerhalb des Lichtleitbereichs für einen Lichtstrahl, der eine große Querkomponente aufweist, höher sein, verglichen mit einem sich weitgehend längs ausbreitendem Strahl.
Auf Grund dieser Wirkungen sagt man, dass der Lichtleitbereich eine homogenisierende Wirkung hat, wodurch dessen Ausgang in einer nahezu gleichmäßigen Intensität erscheint. In manchen Anwendungen kann dies als ein Strahlenhomogenisator bezeichnet werden. Die Austrittsseite des Lichtleitbereichs, die ein Ring an dem entfernten Längsende des Lichtleitbereichs ist, kann eine nahezu gleichmäßige Intensität aufweisen, was bedeutet, dass die Intensität in etwa gleich sein kann, unabhängig davon, wo an dieser Austrittsseite die Intensität gemessen wird. Das Licht, das aus dieser Austrittsseite austritt, divergiert von der Austrittsseite selber, so dass es in vielen Anwendungen wünschenswert ist, die Austrittsseite eines derartigen Strahlhomogenisators im Brennpunkt des Konkavreflektors zu platzieren.
Bei dieser Anwendung fällt die Austrittsseite des Lichtleitbereichs in etwa mit dem nach außen geweiteten Reflektor zusammen, so dass beide als im Brennpunkt des Konkavreflektors befindlich angesehen werden können.
Es wird der Strahlenverlauf in der Lampe 10 aus 4 zusammengefasst, bevor die mechanische Baueinheit für die Lampe besprochen wird. Ein LED-Modul wird durch die Rückseite eines facettierten Parabolreflektors 13 eingeführt. Das LED-Modul hat eine oder mehrere LED-Quellen, die in einen Lichtleitbereich ausstrahlen, der als das Volumen zwischen zwei verschachtelten Zylindern oder anderen geeigneten Formen gebildet ist. Wenn sich Licht längs entlang der Zylinder ausbreitet, wird der Strahl homogenisiert. Die Ausgabe aus dem distalen Ende des Lichtleitbereichs hat eine in etwa gleichmäßige Intensität und wird von einem nach außen geweiteten Reflektor reflektiert, um sich von dem LED-Modul weg zum Parabolreflektor hin auszubreiten. Der divergierende Strahl 12 von dem LED-Modul 11B trifft auf den facettierten Parabolreflektor 13B, so dass die optische Achse 17 einen Einfallswinkel von etwa 45 Grad hat, und die reflektierte optische Achse 18 verlässt den Reflektor in einem Austrittswinkel von etwa 45 Grad. Die einfallende optische Achse 17 ist weitgehend horizontal und lateral, und die reflektierte optische Achse 18 ist weitgehend längs. Der Parabolreflektor 13B kollimiert den Strahl und reflektiert einen kollimierten Strahl, und die Facetten erzeugen eine besondere Winkelverteilung zum reflektierten kollimierten Strahl 14. Der reflektierte kollimierte Strahl 14 geht durch die klare Abdeckung 15 hindurch und wird zum austretenden Strahl 16, der sich zu einem Betrachter hin ausbreitet.
Nachdem der Strahlenverlauf zusammengefasst wurde, wird nun die mechanische Baueinheit des Kombinationsrücklichts 10 besprochen, die die optischen Komponenten an ihrem Platz hält, die LEDs mit Strom versorgt und die von den LEDs erzeugte Wärme ableitet.
Die 5–7 sind zusammengesetzte schematische Zeichnungen in Explosions- bzw. Querschnittansicht einer beispielhaften mechanischen Anordnung eines LED-Moduls 11C für ein Kombinationsrücklicht. Das LED-Modul 11C wird von der Rückseite der Lampe längs eingeführt, und zwar ähnlich wie bei herkömmlichen Glühlampen. Das Gehäuse, das den Parabolreflektor 85 umfasst, ist in den 5 und 6 nicht gezeigt.
Das LED-Modul 11C ist in Schichten aufgebaut, mit einer proximalen Schicht 41, die dem Parabolreflektor 85 am nächsten ist, einer Leiterplatte 31, die als eine Mittelschicht dient, und einer distalen Schicht 21, die von dem Parabolreflektor 85 am weitesten entfernt ist. Jede dieser Schichten dient spezifischen Funktionen, und alle tragen zur mechanischen Stabilität, Haltbarkeit und den elektrischen und thermischen Charakteristika des LED-Moduls 11C bei. Wir beginnen mit einer Besprechung der Leiterplatte 31 und fahren dann nach außen fort.
Die Leiterplatte 31 umfasst die elektrische Schaltung, die die LEDs 35A, 35B und 35C antreibt. Die Schaltung kann auf bekannte Weise unter Verwendung von Techniken, die üblicherweise bei gedruckten Leiterplatten verwendet werden, gebildet sein. Die Ausführung der LEDTreiberschaltung kann eine bekannte Ausführung sein, wie zum Beispiel die Ausführung aus der vorstehend genannten Druckschrift, dem US-Patent Nr. 7,042,165 mit dem Titel ”Treiberschaltung für LED-Fahrzeuglampe”, erteilt an Madhani et al. und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, das hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen ist. Alternativ kann jede geeignete LED-Treiberschaltung verwendet werden.
Die LEDs 35A, 35B und 35C sind auf einer Seite der Leiterplatte 31 angebracht, so dass sie alle in im Allgemeinen die gleiche Richtung ausstrahlen, nämlich senkrecht zur Ebene der Leiterplatte. In den Figuren strahlen die LEDs Licht nach oben in die proximale Richtung aus. Im Allgemeinen ist es üblich, zu versuchen, die LEDs so anzubringen, dass ihre Ausstrahlungen wirklich parallel sind, aber in der Praxis kann es auf Grund von Komponenten-, Herstellungs- und Montagetoleranzen zu geringfügigen Schwankungen bei den LED-Einstellwinkeln kommen. Im Allgemeinen stellen diese geringfügigen LED-Einstellfehler keine Probleme für die Lampe dar.
Obwohl drei LEDs in den Figuren gezeigt sind, versteht es sich, dass auch mehr oder weniger als drei LEDs verwendet werden können. Zum Beispiel können eine, zwei, vier, fünf, sechs, acht oder mehr als acht LEDs verwendet werden.
Die LEDs 35A, 35B und 35C sind um den Umfang eines Lochs 33 in der Leiterplatte 31 angeordnet, so dass der Innenzylinder 61 durch die Leiterplatte 31 hindurchgehen und durch die distale Schicht 21 gesichert werden kann. Es gibt für den Zwischenraum zwischen den LEDs 35A, 35B und 35C und dem Loch 33 keine spezifischen Anforderungen. Bei manchen Anwendungen kann der Zwischenraum so klein wie möglich gehalten werden, um typische Herstellungs-, Ausrichtungs- und Montagetoleranzen zu erlauben. Es gibt auch keine spezifische Anforderung für die azimutale Platzierung der LEDs 35A, 35B und 35C. Bei manchen Anwendungen können die LEDs 35A, 35B und 35C gleichmäßig um den Umfang des Lochs 33 verteilt sein.
Die Form oder ”Auflagefläche” der Leiterplatte 31 kann beliebig gewählt werden. In der beispielhaften Ausführung der 5–7 ist die Auflagefläche rechteckig. Bei manchen Anwendungen kann eine kreisförmige Leiterplatte zum Montieren in andere Komponenten, die eine allgemeine zylindrische Symmetrie aufweisen, günstig sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Leiterplatte ein quadratisches oder rechteckiges Profil aufweisen; eine rechteckige Auflagefläche kann dazu dienen, beim Herstellungsverfahren für die Leiterplatte etwaige Materialverschwendungen zu verringern. Im Allgemeinen kann jede geeignete Form für die Leiterplatte 31 verwendet werden.
Die elektrischen Anschlüsse an die und von der Leiterplatte 31 erfolgen durch ein oder mehrere Schaltverbindungsstücke 32. Verbindungsstücke wie diese sind für ein schnelles Anschließen oder Abkoppeln der Leiterplatte günstig. Das Verbindungsstück kann ein bekanntes Verbindungsstück sein, wie diejenigen, die in den folgenden beiden Druckschriften offenbart sind: Das US-Patent Nr. 7,110,656 mit dem Titel !LED-Kolben”, erteilt an Coushaine et al. und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, offenbart eine komplementäre mechanische Struktur aus Buchse und Schaltverbindungsstück für Beleuchtungsmodule auf LED-Basis und ist hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen. Das US-Patent Nr. 7,075,224 mit dem Titel „Verbindungsstück für Leuchtdiodenkolben mit Spannungsempfänger”, erteilt an Coushaine et al. und übertragen an Osram Sylvania Inc. aus Danvers, MA, offenbart eine weitere komplementäre mechanische Struktur aus Buchse und Schaltverbindungsstück für Beleuchtungsmodule auf LED-Basis und ist hier in seiner Gesamtheit bezugnehmend einbezogen. Alternativ kann jedes geeignete Verbindungsstück verwendet werden.
In manchen Anwendungen kann das Verbindungsstück 22 an der Leiterplatte 31 selber angebracht werden. Bei anderen Anwendungen kann das Verbindungsstück 22 an der distalen Schicht 21 angebracht oder mit dieser integral gebildet sein, wobei sich mehrere elektrische Stifte von der Leiterplatte 31 zur oder von der distalen Schicht 21 erstrecken.
Die distale Schicht 21 befindet sich am weitesten von dem Parabolreflektor 85 entfernt.
Die distale Schicht 21 umfasst ein Schaltverbindungsstück 22, das leicht an dem passenden Verbindungsstück in dem elektrischen System des Kraftfahrzeugs angebracht und von diesem gelöst werden kann. Das Verbindungsstück 22 kann einen oder mehrere Stifte verwenden, die sich von der/zur Leiterplatte 31 erstrecken.
Die distale Schicht 21 umfasst eine zylindrische Halterung 24 zum Sichern des Innenzylinders 61. Bei manchen Anwendungen ist die zylindrische Halterung 24 verkeilt, so dass der Innenzylinder 61 nur in einer oder mehr gewünschten Ausrichtungen angebracht werden kann. Bei anderen Anwendungen ist die zylindrische Halterung 24 frei von azimutalen Merkmalen.
Bei manchen Anwendungen ist der Innenzylinder 61 unter Verwendung eines Presssitzes oder eines Reibsitzes an der zylindrischen Halterung 24 angebracht. Bei anderen Anwendungen sind der Innenzylinder 61 und die zylindrische Halterung 24 durch Verschraubung angebracht. Bei noch anderen Anwendungen können Klebstoffe verwendet werden, um den Innenzylinder 61 an der zylindrischen Halterung 24 anzubringen.
Die distale Schicht 21 dient auch als eine Wärmesenke zum Ableiten der von den LEDs 35A, 35B und 35C erzeugten Wärme. Die Merkmale der Wärmesenke können durch ein wärmeleitfähiges Material vorgesehen sein, wie Aluminium, obwohl jedes geeignete Metall verwendet werden kann. Bei manchen Anwendungen kann die Funktion der Wärmesenke implizit in die zylindrische Halterung 24 eingebaut werden, da die LEDs 35A, 35B und 35C natürlich nahe am Innenzylinder 61 angeordnet sind.
Die distale Schicht 21 kann auch eine oder mehrere Dichtungen 23 um das Verbindungsstück und/oder um die äußere Begrenzung der distalen Schicht umfassen. Bei manchen Anwendungen ist die distale Schicht 21 zur proximalen Schicht 41 abgedichtet, wobei sich die Leiterplatte 31 zwischen diesen befindet und von den Elementen geschützt ist. Das Äußere der distalen Schicht 21 selber kann aus Kunststoff, Metall oder irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen.
Die Auflagefläche der distalen Schicht 21 kann rechteckig sein, um zur Leiterplatte 31 zu passen, oder sie kann irgendeine andere geeignete Form und Größe aufweisen. Bei manchen Anwendungen umfasst die distale Schicht 21 eine Lippe um ihre äußere Begrenzung, so dass die Leiterplatte 31 in der „tablettartigen” Form der distalen Schicht 21 ruhen kann.
Die proximale Schicht 41 befindet sich am nächsten zum Parabolreflektor 85. Die proximale Schicht kann auch eine rechteckige Auflagefläche aufweisen und zu den Auflageflächen der Leiterplatte 31 und der distalen Schicht 21 passen. Bei manchen Anwendungen kann die proximale Schicht 41 zur distalen Schicht 21 um deren äußere Begrenzung abgedichtet sein, um die Leiterplatte 31 vor den Elementen zu schützen.
Die proximale Schicht 41 umfasst einen Außenzylinder 43, der sich proximal zum Parabolreflektor 85 hin erstreckt. Während der Montage der Lampe wird der Außenzylinder 43 längs in ein Loch in dem Parabolreflektor 85 eingeführt. Der Außenzylinder 43 kann ein oder mehrere Fixiermerkmale 44A und 44B, wie Vierteldrehungs-Merkmale, umfassen, deren Verwendung bei Kraftfahrzeuglampen weit verbreitet ist und die das Modul an dem Parabolreflektor befestigen können.
Die proximale Schicht 41 kann auch eine Fixierleiste 42 umfassen, die ein kreisförmiger Ring sein kann, der den Außenzylinder 43 umgibt, der bei der Montage als Bezugsfläche verwendet wird. Zum Beispiel kann eine Dichtung 51 über den Außenzylinder 43 gegeben werden, dann kann das LED-Modul 11C längs in die Rückseite des Parabolreflektors 85 eingeführt werden, bis ein fester Kontakt zwischen der Fixierleiste 42 und der Dichtung 51 und zwischen der Dichtung 51 und einer entsprechenden Bezugsfläche auf dem Parabolreflektor 85 oder auf dem Gehäuse, das den Parabolreflektor 85 umfasst, besteht.
Bei manchen Anwendungen ist der Außenzylinder 43 separat von der proximalen Schicht 41 gefertigt und wird danach angebracht. Bei anderen Anwendungen ist der Außenzylinder 43 integral mit der proximalen Schicht 41 gefertigt.
Wenn die Schichten 21, 31 und 41 montiert werden, breiten sich die LEDs 35A, 35B und 35C in dem Volumen zwischen der Außenfläche 65 des Innenzylinders 61 und der Innenfläche 45 des Außenzylinders 43 strahlenförmig längs aus. Beide dieser Oberflächen können geschliffen und/oder poliert werden, um eine Oberflächenrauheit zu entfernen und dadurch die Menge an Streulicht zu verringern. Es können auch beide mit einer stark reflektierenden Schicht, wie Chrom, beschichtet werden, obwohl jede geeignete stark reflektierende Beschichtung verwendet werden kann. Licht tritt aus den LEDs 35A, 35B und 35C aus, ist mehreren Reflexionen im Volumen zwischen den Reflexionsflächen unterworfen und tritt aus den Zylindern innerhalb des Gehäuses im Brennpunkt des Parabolreflektors aus. Einer oder beide Zylinder können Gewinde oder andere Befestigungs- und/oder Fixiervorrichtungen auf ihrer nicht optischen Oberfläche besitzen.
Der Innenzylinder 61 umfasst einen nach außen geweiteten Reflektor 71 an seinem proximalen Ende (das Ende entgegengesetzt zur Schichtstruktur). Der Reflektor 71 weist eine Reflexionsfläche 75 auf, die das LED-Licht, das in Längsrichtung aus den Zylindern austritt, radial nach außen von den Zylindern richtet, so dass die Reflexion von dem nach außen geweiteten Reflektor in erster Linie quer verläuft. Diese Querreflexion trifft auf den Parabolreflektor, wo sie kollimiert und in Längsrichtung gerichtet wird. Das kollimierte Längslicht tritt durch eine transparente klare Abdeckung hindurch und tritt aus der Lampe aus.
Die Form der Reflexionsfläche 75 des nach außen geweiteten Reflektors 71 kann kegelförmig oder trompetenförmig sein, oder sie kann die Form eines umgekehrten Schirms oder jede geeignete Krümmung aufweisen. In manchen Anwendungen kann der nach außen geweitete Reflektor 71 azimutal symmetrisch sein. Bei anderen Anwendungen kann der nach außen geweitete Reflektor 71 Segmente umfassen, wobei jedes Segment seine eigene Form und Ausrichtung hat. Zum Beispiel kann der nach außen geweitete Reflektor 71 verschiedene flache Segmente aufweisen, ähnlich der Wirkung, die erhalten wird, wenn flache Schindeln auf einem gekrümmten Dach platziert werden.
Bei manchen Anwendungen ist das radiale Ausmaß des nach außen geweiteten Reflektors 71 größer als der Innen- und der Außenzylinder, so dass das gesamte Licht, das aus den Zylindern austritt, auf den Reflektor 71 trifft und seitlich zu dem Parabolreflektor gerichtet wird. Bei diesen Anwendungen wird der Innenzylinder 61 als letztes angebracht, sobald die Schichten 21, 31 und 41 zusammengesetzt und gegebenenfalls versiegelt worden sind, da ein solch großer Reflektor 71 nicht in den Außenzylinder 43 passen würde. Bei anderen Anwendungen ist das radiale Ausmaß des nach außen geweiteten Reflektors 71 größer als der Innenzylinder, jedoch kleiner als der Außenzylinder, so dass der Innenzylinder an der distalen Schicht angebracht werden kann, bevor die proximale Schicht angebracht wird.
Es sei anzumerken, dass der Innen- und der Außenzylinder hier als „Zylinder” bezeichnet werden, dass sie jedoch in der Praxis von richtigen Zylindern abweichen können. Zum Beispiel kann einer oder können beide Zylinder kegelförmig sein, wobei sich der Querschnittdurchmesser vom proximalen zum distalen Ende des „Zylinders” verändert. Ein derartiger Kegel könnte verwendet werden, um die Größe des nach außen geweiteten Reflektors 71 zu vergrößern oder zu verkleinern, und er könnte wünschenswerterweise das Emissionsmuster, das auf den Parabolreflektor trifft, ändern. Bei anderen Anwendungen können der Innen- und der Außenzylinder einen elliptischen Querschnitt haben, oder sie können ein oder mehrere gerade Segmente enthalten. Im Allgemeinen kann jede geeignete Form für die Dieser Text wurde durch das DPMA aus Originalquellen übernommen. Er enthält keine Zeichnungen. Die Darstellung von Tabellen und Formeln kann unbefriedigend sein. gegenüberliegende Reflexionsfläche, die den sogenannten „Lichtleitbereich” bildet, verwendet werden, die Licht von den LEDs zum Brennpunkt des Parabolreflektors leitet.
Bei manchen Anwendungen sind der Innen- und der Außenzylinder koaxial, was bedeutet, dass sie eine gemeinsame Achse 87 teilen. Bei anderen Anwendungen sind der Innen- und der Außenzylinder zueinander schräg verlaufend.
Die Beschreibung der Erfindung und ihrer Anwendungen, wie sie hier angegeben ist, dient der Veranschaulichung und soll nicht den Rahmen der Erfindung einschränken. Abänderungen und Modifikationen der hier offenbarten Ausführungsformen sind möglich, und praktische Alternativen und Äquivalente zu den verschiedenen Elementen der Ausführungsformen würden dem durchschnittlichen Fachmann bei Heranziehung dieses Patentdokuments klar werden. Diese und andere Abänderungen und Modifikationen der hier offenbarten Ausführungsformen können vorgenommen werden, ohne vom Rahmen und Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims

Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: • einen Konkavreflektor (85, 13) mit einem Brennpunkt und mit einer Öffnung an seinem Scheitel zum Empfangen von sich quer ausbreitendem divergierendem Licht und zum Reflektieren von sich längs ausbreitendem, kollimiertem Licht; • einen nach außen geweiteten Reflektor (75), der im Brennpunkt des Konkavreflektors (85) angeordnet ist, um sich längs ausbreitendes, geleitetes Licht zu empfangen und sich quer ausbreitendes divergierendes Licht zum Konkavreflektor (85) zu reflektieren; und • einen Lichtleitbereich zum Empfangen von sich längs ausbreitendem divergierendem Licht von mindestens einer Leuchtdiode (35) und zum Erzeugen von sich längs ausbreitendem, geleitetem Licht; • wobei der Lichtleitbereich zwischen einer konvexen Reflexionsfläche (65) und einer konkaven Reflexionsfläche (45) gebildet ist, wobei die konvexe und die konkave Reflexionsfläche (65, 45) Querschnitte aufweisen, die verschachtelt, kontinuierlich und konzentrisch sind; • wobei sich der Lichtleitbereich durch die Öffnung am Scheitel des Konkavreflektors (85) erstreckt und von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet ist; • wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) kontinuierlich in die konvexe Reflexionsfläche (65) übergeht; und • wobei die mindestens eine Leuchtdiode (35) außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet ist.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Querschnitte der konvexen und der konkaven Reflexionsfläche (65, 45) elliptisch sind.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Querschnitte der konvexen und der konkaven Reflexionsfläche (65, 45) kreisförmig sind.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die konvexe und die konkave Reflexionsfläche (65, 45) an angrenzenden Seiten von zwei verschachtelten Zylindern (61, 43) angeordnet sind.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die konvexe und die konkave Reflexionsfläche (65, 45) an angrenzenden Seiten von zwei verschachtelten Kegeln angeordnet sind.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die konvexe und die konkave Reflexionsfläche (65, 45) auf einer Außenseite eines Innenelements (61) bzw. einer Innenseite eines Außenelements (43) angeordnet sind; wobei das Innenelement (43) ein proximales Ende, das außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet ist, und ein distales Ende innerhalb des Konkavreflektors (85) aufweist; wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) längs an das distale Ende des Innenelements (61) angrenzt.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) einen Radialdurchmesser aufweist, der größer ist als der des Innenelements (61) und des Außenelements (43) zusammen an ihren distalen Enden.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine quer ausgerichtete Leiterplatte (31) zum Anbringen und elektrischen Betreiben der mindestens einen Leuchtdiode (35); wobei die Leiterplatte (31) außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet ist.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Konkavreflektor (85) eine parabolische Form aufweist.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Konkavreflektor (13) eine Vielzahl von Facetten (19) zum winkeligen Ablenken des reflektierten, sich längs ausbreitenden kollimierten Lichts aufweist; und wobei die gesamten Winkelablenkungen aller Facetten (19) zusammen eine vorbestimmte, zweidimensionale Winkelverteilung um die reflektierte, sich längs ausbreitende kollimierte Lichtaustrittsrichtung bildet.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: • einen Innenzylinder (61) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende entgegengesetzt zu dem proximalen Ende, wobei der Innenzylinder (61) eine konvexe zylindrische Reflexionsfläche (65) aufweist; • einen Außenzylinder (43), der den Innenzylinder (61) umgibt, wobei der Außenzylinder (43) eine konkave zylindrische Reflexionsfläche (45) aufweist, die mit der konvexen zylindrischen Reflexionsfläche (65) koaxial ist und zu dieser weist, wobei die konvexe und die konkave zylindrische Reflexionsfläche (65, 45) quer einen Lichtausbreitungsbereich abgrenzen, welcher von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet ist; • eine Leiterplatte (31), die an dem proximalen Ende des Innenzylinders (61) angeordnet ist; • eine Vielzahl von Leuchtdioden (35), die auf der Leiterplatte (31) angeordnet sind, wobei die Dioden (35) durch die Leiterplatte (31) elektrisch betrieben werden können, wobei die Dioden (35) Licht erzeugen können, das sich in Längsrichtung weg von der Leiterplatte (31) in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreiten kann; und • einen nach außen geweiteten Reflektor (75), der an dem distalen Ende des Innenzylinders (61) und angrenzend an den Lichtausbreitungsbereich angeordnet ist und kontinuierlich in den Innenzylinder (61) übergeht, um Licht, das sich in Längsrichtung in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreitet, quer zu reflektieren, wobei der geweitete Reflektor von dem proximalen zum distalen Ende einen sich vergrößernden Durchmesser aufweist.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, ferner aufweisend: einen Konkavreflektor (85) mit einem Brennpunkt und mit einer Öffnung an seinem Scheitel; wobei der Innen- und der Außenzylinder (61, 43) durch die Öffnung in dem Konkavreflektor (85) in das Innere des Konkavreflektors (85) eingeführt werden können, wobei der Innen- und der Außenzylinder (61, 43) vollständig in den Konkavreflektor (85) eingeschoben sind, wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) im Brennpunkt des Konkavreflektors (85) angeordnet ist, so dass Licht von dem Lichtausbreitungsbereich, das von dem nach außen geweiteten Reflektor (75) reflektiert wird, durch den Konkavreflektor (85) kollimiert wird.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei sich der Innenzylinder (61) durch ein Loch (33) in der Leiterplatte (31) erstreckt.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) einen Radialdurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser sowohl der konvexen zylindrischen Reflexionsfläche (65) als auch der konkaven zylindrischen Reflexionsfläche (45).
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 wobei der nach außen geweitete Reflektor (75) einen Radialdurchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser sowohl der konvexen zylindrischen Reflexionsfläche (65) als auch der konkaven zylindrischen Reflexionsfläche (45) an ihren distalen Enden.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: • eine Leiterplatte (31); • einen Innenzylinder (61), der sich von der Leiterplatte (31) weg erstreckt und eine konvexe zylindrische Reflexionsfläche (65) aufweist; • einen Außenzylinder (43), der den Innenzylinder (61) umgibt, wobei der Außenzylinder (43) eine konkave zylindrische Reflexionsfläche (45) aufweist, die mit der konvexen zylindrischen Reflexionsfläche (65) koaxial ist und zu dieser weist, wobei die konvexe und die konkave zylindrische Reflexionsfläche (65, 45) quer einen Lichtausbreitungsbereich abgrenzen, welcher von einem röhrenförmigen Hohlraum gebildet ist; • eine Vielzahl von Leuchtdioden (35), die auf der Leiterplatte (31) angeordnet sind, wobei die Dioden (35) durch die Leiterplatte (31) elektrisch betrieben werden können, wobei die Dioden (35) Licht erzeugen können, das sich in Längsrichtung weg von der Leiterplatte (31) in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreiten kann; und • einen trompetenförmigen Reflektor (75), der an einem Längsende des Innenzylinders (61) entgegengesetzt zu der Leiterplatte (31) und angrenzend an den Lichtausbreitungsbereich angeordnet ist und kontinuierlich in den Innenzylinder (61) übergeht, um Licht, das sich in Längsrichtung in dem Lichtausbreitungsbereich ausbreitet, quer zu reflektieren, • einen Konkavreflektor (85) zum Kollimieren und in Längsrichtung Reflektieren von Licht, das von dem trompetenförmigen Konkavreflektor (75) quer reflektiert wird, wobei der Konkavreflektor (85) einen Brennpunkt und eine Öffnung an seinem Scheitel aufweist; und • eine transparente Abdeckung (15) zum Durchlassen von kollimiertem Licht von dem Konkavreflektor (85); • wobei sich der Innen- und der Außenzylinder (61, 43) durch die Öffnung am Scheitel des Konkavreflektors (85) erstrecken; • wobei der trompetenförmige Reflektor (75) im Brennpunkt des Konkavreflektors (85) angeordnet ist; und • wobei die Leiterplatte (31) außerhalb des Konkavreflektors (85) angeordnet ist.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 16, wobei die Leiterplatte (31) zwischen einer proximalen und einer distalen Schicht (41, 21) in einer Schichtstruktur eingefasst ist, ein Schaltverbindungsstück (32) umfasst, das sich proximal von der Leiterplatte (31) weg erstreckt, und ein Loch (33) umfasst, durch das der Innenzylinder (61) hindurchgeht; wobei die proximale Schicht (41) in der Schichtstruktur an dem Außenzylinder (43) angebracht ist, wobei die proximale Schicht (41) zwischen der Leiterplatte (31) und dem Konkavreflektor (85) angeordnet ist; wobei die distale Schicht (21) in der Schichtstruktur eine Dichtung (23) um das Schaltverbindungsstück (32), eine Dichtung (23) mit der proximalen Schicht (41), die an dem Innenzylinder (61) angebracht ist, und eine Wärmesenke zum Ableiten von Wärme, die von den Leuchtdioden (35) auf der Leiterplatte (31) erzeugt wird, umfasst.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, wobei die Leiterplatte (31), die proximale Schicht (41) und die distale Schicht (21) alle eine allgemein rechteckige Form aufweisen.
Kombinationsrücklicht (10) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von Leuchtdioden (35) um den Umfang des Lochs (33) in der Leiterplatte (31) angeordnet ist.