DE102011108404A1 - Lighting device for vehicle i.e. car, has optical element, where light beams enter into optical element to finally emerge in exit direction opposite to incident direction with former surface and light exit takes place in solid angle - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug. Die Leuchteinrichtung umfasst ein Optikelement, das aus einem Vollkörper gebildet ist und das eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist. Ferner umfasst die Leuchteinrichtung zumindest eine Lichtquelle, deren Lichtemission zumindest teilweise über die zweite Oberfläche des Optikelements in das Optikelement eingekoppelt wird und bei der ersten Oberfläche zum Bereitstellen einer Lichtfunktion des Fahrzeugs ausgekoppelt wird.The present invention relates to a lighting device for a vehicle. The lighting device comprises an optical element which is formed from a solid body and which has a first and a second surface. Furthermore, the lighting device comprises at least one light source whose light emission is at least partially coupled into the optical element via the second surface of the optical element and is coupled out at the first surface for providing a light function of the vehicle.
Bei der Neugestaltung von Fahrzeugen ergibt sich das Problem, dass aufgrund der gewünschten Aerodynamik und des gewünschten Designs die Bauraumverhältnisse für Leuchteinrichtungen, insbesondere für die Heckleuchten, Scheinwerfer und Rückstrahler, sehr knapp bemessen sind. Die Signalwirkung einer Leuchte wird jedoch von der Umfangsgröße der Abstrahlfläche und von der Leuchtdichte bestimmt. Des Weiteren tragen die Leuchteinrichtungen des Fahrzeugs in erheblichem Maße zum Design des Fahrzeugs bei. Durch die Gestaltung der Leuchteinrichtungen soll dem Fahrzeug vielfach ein charakteristisches Erscheinungsbild verliehen werden, welches leicht wiedererkannt wird. Ferner ergibt sich das Problem, dass die Kosten für die Herstellung der Leuchten so gering wie möglich sein sollen.In the redesign of vehicles there is the problem that due to the desired aerodynamics and the desired design, the space requirements for lighting equipment, especially for the taillights, headlamps and reflectors are very tight. However, the signal effect of a luminaire is determined by the circumferential size of the radiating surface and by the luminance. Furthermore, the lighting equipment of the vehicle contributes significantly to the design of the vehicle. Due to the design of the lighting devices, the vehicle is often to be given a characteristic appearance, which is easily recognized. Furthermore, there is the problem that the cost of producing the lights should be as low as possible.
Aus der
Aus der
Schließlich ist aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchteinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei geringem Bauraumbedarf zumindest zwei verschiedene optische Funktionen bereitstellen kann.The present invention has for its object to provide a lighting device of the type mentioned, which can provide at least two different optical functions with low space requirement.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Leuchteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.According to the invention this object is achieved by a lighting device with the features of
Die erfindungsgemäße Leuchteinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Leuchteinrichtung ein Rückstrahler integriert ist. Die erfindungsgemäße Leuchteinrichtung stellt somit zwei optische Funktionen bereit. Zum einen wird durch die Lichtquelle eine Lichtfunktion des Fahrzeugs bereitgestellt. Zum anderen wird die Rückstrahlerfunktion von der Leuchteinrichtung bereitgestellt.The lighting device according to the invention is characterized in that in the lighting device, a retroreflector is integrated. The lighting device according to the invention thus provides two optical functions. On the one hand, a light function of the vehicle is provided by the light source. On the other hand, the reflector function is provided by the lighting device.
Der Rückstrahler der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung umfasst einen Reflektor, der so angeordnet ist, dass Lichtstrahlen, die in einer Einfallsrichtung auf die erste Oberfläche des Optikelements treffen, bei der ersten Oberfläche gebrochen werden und in das Optikelement eintreten, danach von dem Reflektor reflektiert werden, um schließlich bei der ersten Oberfläche des Optikelements wieder in einer zu der Einfallsrichtung entgegengesetzten Austrittsrichtung auszutreten. Der Lichtaustritt erfolgt dabei in einem Raumwinkel, der eine Richtung umfasst, die parallel zur Einfallsrichtung ist. Der Rückstrahler wird somit durch die Kombination eines als Vollkörper gebildeten Optikelements und eines Reflektors innerhalb der Leuchteinrichtung gebildet. Auf diese Weise kann eine Leuchteinrichtung bereitgestellt werden, die einen geringen Bauraumbedarf hat, jedoch die vorstehend genannten zwei optischen Funktionen für das Fahrzeug bereitstellt.The retroreflector of the lighting device according to the invention comprises a reflector which is arranged so that light rays which impinge in a direction of incidence on the first surface of the optical element are refracted at the first surface and enter the optical element, then reflected by the reflector to finally at the first surface of the optical element again emerge in a direction opposite to the direction of incidence exit direction. The light emission takes place in a solid angle, which includes a direction which is parallel to the direction of incidence. The retroreflector is thus formed by the combination of an optical element formed as a solid body and a reflector within the lighting device. In this way, a lighting device can be provided, which has a small space requirement, but provides the aforementioned two optical functions for the vehicle.
Unter einem Vollkörper wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass es innerhalb des Körpers des Optikelements keine Grenzfläche gibt, bei welcher sich eine unstetige Veränderung des Brechungsindex ergibt. Derartige unstetige Veränderungen des Brechungsindex treten nur bei der äußeren Oberfläche des Optikelements auf. Der Vollkörper des Optikelements ist insbesondere aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA), gebildet. Der Brechungsindex des Materials des Vollkörpers des Optikelements liegt beispielsweise in einem Bereich von 1,4 bis 1,8, insbesondere ist der Brechungsindex etwa 1,6.For the purposes of the invention, a solid body is understood to mean that there is no interface within the body of the optical element in which a discontinuous change in the refractive index results. Such discontinuous changes in refractive index occur only at the outer surface of the optical element. The solid body of the optical element is formed, in particular, from a plastic, in particular from polycarbonate or polymethyl methacrylate (PMMA). The refractive index of the material of the solid body of the optical element is, for example, in a range of 1.4 to 1.8, in particular, the refractive index is about 1.6.
Bei der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung kann die Austrittsrichtung parallel zur Einfallsrichtung, jedoch entgegengesetzt zur Einfallsrichtung, ausgerichtet sein. Wenn jedoch der Rückstrahler dazu dient, beispielsweise das Licht eines Scheinwerfers eines folgenden Fahrzeugs zum Fahrer des folgenden Fahrzeugs zurück zu reflektieren, ist es erforderlich, dass der reflektierte Lichtstrahl in Austrittsrichtung zumindest zum Teil eine gewisse Abweichung von einem Lichtstrahl aufweist, der parallel zur Einfallsrichtung ausgerichtet ist, damit das Licht zum Fahrer des nachfolgenden Fahrzeugs reflektiert wird. Aus diesem Grund erfolgt die Abstrahlung des Rückstrahlers in Austrittsrichtung in einen Raumwinkel, Dieser Raumwinkel umfasst zumindest eine Richtung, die parallel zur Einfallsrichtung ausgerichtet ist. Das in dem Raumwinkel austretende Lichtbündel wird insbesondere parallel versetzt zu dem einfallenden Lichtstrahl abgestrahlt. In the case of the luminous device according to the invention, the outlet direction can be aligned parallel to the direction of incidence, but opposite to the direction of incidence. However, if the retroreflector serves to reflect, for example, the light of a headlight of a following vehicle back to the driver of the following vehicle, it is necessary that the reflected light beam in the exit direction at least partially has a certain deviation from a light beam aligned parallel to the direction of incidence is so that the light is reflected to the driver of the following vehicle. For this reason, the radiation of the retroreflector takes place in the exit direction in a solid angle, this solid angle includes at least one direction which is aligned parallel to the direction of incidence. The light beam emerging in the solid angle is radiated, in particular offset parallel to the incident light beam.
Der Öffnungswinkel des Raumwinkels kann abhängig von der Ausrichtung der Ebene sein, welche in Lichtemissionsrichtung der Leuchteinrichtung verläuft. Beispielsweise kann der vertikale Öffnungswinkel des Raumwinkels in einem Bereich von 5° bis 20° liegen. Der vertikale Öffnungswinkel ist insbesondere 10°. Ferner ist er insbesondere symmetrisch um die Richtung angeordnet, welche parallel zur Einfallsrichtung ist. Es erfolgt in diesem Fall eine Reflektion durch den Rückstrahler in einen vertikalen Winkel von ±5° um die Einfallsrichtung eines Lichtstrahls. Dieser relativ kleine vertikale Öffnungswinkel reicht aus, damit Lichtemissionen von Fahrzeugen anderer Verkehrsteilnehmer zurück zu den anderen Verkehrsteilnehmern reflektiert werden.The opening angle of the solid angle may be dependent on the orientation of the plane which extends in the light emission direction of the lighting device. For example, the vertical opening angle of the solid angle may be in a range of 5 ° to 20 °. The vertical opening angle is in particular 10 °. Furthermore, it is in particular arranged symmetrically about the direction which is parallel to the direction of incidence. In this case, reflection takes place through the retroreflector at a vertical angle of ± 5 ° about the direction of incidence of a light beam. This relatively small vertical opening angle is sufficient so that light emissions from vehicles of other road users are reflected back to the other road users.
Der horizontale Öffnungswinkel des Raumwinkels ist bevorzugt größer als der vertikale Öffnungswinkel. Der horizontale Öffnungswinkel kann in einem Bereich von 30° bis 50° liegen. Er ist insbesondere 40°. Wenn er symmetrisch um eine Richtung angeordnet ist, die parallel zur Einfallsrichtung ist, erfolgt eine Rückstrahlung um ±20° um die Einfallsrichtung. Dieser größere horizontale Öffnungswinkel des Raumwinkels trägt dem Umstand Rechnung, dass die Verteilung anderer Verkehrsteilnehmer in horizontaler Richtung in einem größerenThe horizontal opening angle of the solid angle is preferably greater than the vertical opening angle. The horizontal opening angle may be in a range of 30 ° to 50 °. He is in particular 40 °. If it is arranged symmetrically around a direction parallel to the direction of incidence, it is reflected by ± 20 ° around the direction of incidence. This larger horizontal opening angle of the solid angle takes into account the fact that the distribution of other road users in a horizontal direction in a larger
Öffnungswinkel vorkommen kann. Aus diese Weise erreicht man, dass das Fahrzeug, welches mit der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung ausgestattet ist, besonders gut von anderen Verkehrsteilnehmern wahrgenommen werden kann.Opening angle may occur. From this it is achieved that the vehicle, which is equipped with the lighting device according to the invention, can be particularly well perceived by other road users.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung bildet das Optikelement für einfallende Lichtstrahlen eine Sammellinse, in deren Brennpunkt der Reflektor angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung erreicht man vorteilhafterweise, dass ein sehr großer Anteil des einfallenden Lichts vom Rückstrahler reflektiert wird. Ferner kann man durch die Sammellinse und den Reflektor eine sehr exakte Rückstrahlcharakteristik erzeugen.According to a development of the lighting device according to the invention, the optical element for incident light rays forms a converging lens, in the focal point of which the reflector is arranged. This embodiment advantageously achieves that a very large proportion of the incident light is reflected by the retroreflector. Furthermore, one can generate a very exact retroreflective characteristic by the converging lens and the reflector.
Bei der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung erfolgt die für die Rückstrahlung erforderliche Reflektion an eine Reflektorfläche eines Reflektors und nicht durch Totalreflektion an Grenzflächen mit unterschiedlichem Brechungsindex. Der Reflektor ist insbesondere als Spiegel ausgebildet.In the luminous device according to the invention, the reflection required for the reflection takes place on a reflector surface of a reflector and not by total reflection at interfaces with different refractive index. The reflector is designed in particular as a mirror.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung ist der Reflektor auf der dritten Oberfläche des Optikelements angeordnet. Diese dritte Oberfläche ist von der ersten Oberfläche abgewandt. Es handelt sich somit um die Rückseite des Optikelements. Diese dritte Oberfläche des Optikelements kann insbesondere mit einer Reflektionsfläche des Reflektors beschichtet sein. Auf diese Weise kann der Reflektor vorteilhafterweise mit einem sehr geringen Bauraumbedarf direkt auf dem Optikelement der Leuchteinrichtung ausgebildet sein. Außerdem lässt sich bei dieser Ausgestaltung die Leuchteinrichtung sehr kostengünstig herstellen. Die Beschichtung kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Optikelement mit einer Metallschicht durch Bedampfen oder Galvanisieren oder auf sonstige Weise versehen werden. Die dritte Oberfläche des Optikelements wird insbesondere mit einer Aluminiumschicht versehen.According to one embodiment of the lighting device according to the invention, the reflector is arranged on the third surface of the optical element. This third surface faces away from the first surface. It is thus the back of the optical element. This third surface of the optical element can be coated in particular with a reflection surface of the reflector. In this way, the reflector can advantageously be formed with a very small space requirement directly on the optical element of the lighting device. In addition, in this embodiment, the lighting device can be produced very inexpensively. The coating can be carried out in a manner known per se. For example, the optical element may be provided with a metal layer by vapor deposition or plating or otherwise. The third surface of the optical element is provided in particular with an aluminum layer.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung ist der Reflektor beabstandet von der dritten Oberfläche des Optikelements angeordnet, die von der ersten Oberfläche abgewandt ist. In diesem Fall treten einfallende Lichtstrahlen bei der dritten Oberfläche aus dem Optikelement aus, werden dann von dem Reflektor reflektiert und treten danach wieder bei der dritten Oberfläche in das Optikelement ein. Diese Ausgestaltung der Leuchteinrichtung ist dann vorteilhaft, wenn genügend Bauraum für den Abstand zwischen dem Optikelement und dem Reflektor zur Verfügung steht und die Masse bzw. das Volumen des Vollkörpers des Optikelements aus Gewichts- oder Kostengründen gering sein soll.According to another embodiment of the lighting device according to the invention, the reflector is arranged at a distance from the third surface of the optical element, which faces away from the first surface. In this case, incident light rays exit the optical element at the third surface, are then reflected by the reflector, and then enter the optical element again at the third surface. This embodiment of the lighting device is advantageous if sufficient space for the distance between the optical element and the reflector is available and the mass or volume of the solid body of the optical element for weight or cost reasons should be low.
Der Reflektor der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung ist insbesondere bezüglich der Abstrahlrichtung der Leuchteinrichtung hinter der zweiten Oberfläche angeordnet, bei welcher die Lichtemission der Lichtquelle eingekoppelt wird. Auch durch diese Ausgestaltung kann der Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung verringert werden, da die Lichtquelle hinsichtlich einer Achse in Abstrahlrichtung der Leuchteinrichtung zwischen der ersten Oberfläche und dem Reflektor angeordnet sein kann.The reflector of the lighting device according to the invention is arranged in particular with respect to the emission direction of the lighting device behind the second surface, in which the light emission of the light source is coupled. Also, with this embodiment, the space requirement of the lighting device according to the invention can be reduced, since the light source can be arranged with respect to an axis in the emission direction of the lighting device between the first surface and the reflector.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung ist die erste Oberfläche zumindest in einer Richtung konvex gebogen. Die erste Oberfläche ist insbesondere bei einem horizontalen Schnitt durch das Optikelement konvex gebogen. Auf diese Weise erreicht man vorteilhafterweise, dass der horizontale Öffnungswinkel für den Lichteintritt und Lichtaustritt des Rückstrahlers besonders groß ist. According to a development of the lighting device according to the invention, the first surface is bent convexly at least in one direction. The first surface is bent convexly, in particular in the case of a horizontal section through the optical element. In this way, it is advantageously achieved that the horizontal opening angle for the light entrance and light exit of the retroreflector is particularly large.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung strahlt der Rückstrahler Lichtstrahlen zurück, die in einer ersten Ebene, insbesondere einer Vertikalebene, in einem Winkel in einem Bereich von ±10° bis ±20° um eine Mittelachse einfallen und die in einer zweiten Ebene, insbesondere einer Horizontalebene, in einem Winkel in einem Bereich von ±20° bis ±40° um eine Mittelachse einfallen. Auf diese Weise erreicht man vorteilhafterweise, dass einfallende Lichtstrahlen aus einem sehr großen Raumwinkelbereich von dem Rückstrahler der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung zurückgestrahlt werden.According to a development of the luminous device according to the invention, the retro-reflector radiates back light rays which are incident in a first plane, in particular a vertical plane, at an angle in a range of ± 10 ° to ± 20 ° about a central axis and in a second plane, in particular a horizontal plane , at an angle in a range of ± 20 ° to ± 40 ° around a central axis. In this way, it is advantageously achieved that incident light beams are reflected back from a very large solid angle range of the retroreflector of the lighting device according to the invention.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erläutert:The invention will now be explained by means of embodiments with reference to the attached drawings:
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchteinrichtung betreffen eine Heckleuchte eines Fahrzeugs. Die Heckleuchte kann dabei einen Rückstrahler sowie eine Schlusslichtfunktion, eine Bremslichtfunktion, einen Rückfahrscheinwerfer und/oder einen Fahrtrichtungsanzeiger bereitstellen. Auf gleiche Weise kann es sich bei der Leuchteinrichtung jedoch auch um einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug handeln. Als Lichtfunktion würde in diesem Fall insbesondere eine Abblendlichtfunktion, eine Fernlichtfunktion, eine Tagfahrlichtfunktion und/oder ein Fahrtrichtungsanzeiger bereitgestellt werden.The embodiments of the lighting device according to the invention described below relate to a tail lamp of a vehicle. The rear light can provide a rear reflector and a tail light function, a brake light function, a reversing light and / or a direction indicator. In the same way, however, the lighting device may also be a headlight for a vehicle. In this case, a low beam function, a high beam function, a daytime running light function and / or a direction indicator would be provided as the light function in particular.
Die Anordnung der Heckleuchte
Die Leuchteinrichtung
The
In Abstrahlrichtung der Leuchteinrichtung
Die erste Oberfläche
Bei einer zweiten Oberfläche
In die Leuchteinrichtung
Das Optikelement
Die Krümmung der ersten Oberfläche
Mit Bezug zu
Die Leuchteinrichtung
The
Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel können auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel am äußeren Rand des Optikelements
Mit Bezug zu
Dieses dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die zweite Oberfläche
This third embodiment differs from the first embodiment in that the
Bei allen Ausführungsbespielen erfolgt die Reflektion des Rückstrahlers nicht durch Totalreflektion wie bei bekannten Rückstrahlern, sondern über das sogenannte Katzenaugenprinzip. Einfallende Lichtstrahlen werden durch eine konvexe Linse gebündelt und an einem Reflektor, der sich direkt im Brennpunkt der Linse befindet, reflektiert.In all Ausführungsbespielen the reflection of the reflector takes place not by total reflection as in known reflectors, but on the so-called cat's eye principle. Incident light rays are focused by a convex lens and reflected by a reflector located directly in the focal point of the lens.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Leuchteinrichtunglighting device
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- Optikelementoptical element
- 44
- erste Oberflächefirst surface
- 55
- zweite Oberflächesecond surface
- 66
- Kühlkörperheatsink
- 77
- Lichtquellelight source
- 88th
- Kollimatoroptikcollimator optics
- 99
- dritte Oberflächethird surface
- 1010
- Reflektorreflector
- 1111
- Reflektorreflector
- VV
- vertikale Richtung/Ebenevertical direction / level
- HH
- horizontale Richtung/Ebenehorizontal direction / level
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 1351461 [0005] DE 1351461 [0005]
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