DE102018111991A1

DE102018111991A1 - Optisches Lichtleitersystem

Info

Publication number: DE102018111991A1
Application number: DE102018111991.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Martoch; Petr Ferbas
Original assignee: Varroc Lighting Systems sro
Current assignee: Po Lighting Czech SRO Cz
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2018-11-22
Also published as: US10274156B2; US20180335195A1; CZ2017280A3; CZ307372B6

Abstract

Das optische Lichtleitersystem umfasst einen Lichtleiter (1) aus einem optisch transparenten Material und eine Lichtquelle (8), um Lichtstrahlen zu emittieren, die sich auf der Eingangsfläche (9) des Lichtleiters (1) befinden. Der Lichtleiter (1) umfasst auf der Vorderseite eine Ausgangsfläche (10) zur Ausgabe von Lichtstrahlen, die durch den Lichtleiter (1) aus dem Lichtleiter (1) heraus geleitet wurde, und auf der Rückseite eine zahnähnliche Struktur (2), um Lichtstrahlen durch die Ausgangsfläche (10) aus dem Lichtleiter (1) heraus zu streuen. Das optische Lichtleitersystem umfasst einen Reflektor, (3) der einen Körper aus einem optisch transparenten Material aufweist, der gegen die zahnähnliche Struktur (2) positioniert ist und mindestens zwei reflektierende Flächen (6a) und (6b) umfasst, die konfiguriert sind, um Lichtstrahlen, die aus dem Lichtleiter (1) durch die zahnähnliche Struktur (2) ausgetreten sind, vollständig zu reflektieren und zurück zu dem Lichtleiter (1) zu werfen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Lichtleitersystem, umfassend einen Lichtleiter, um Licht zu leiten, das von einer Lichtquelle emittiert wird, insbesondere zur Verwendung für eine Leuchtvorrichtung eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Ein häufiger Nachteil bekannter Lichtleiter, die für Leuchtvorrichtungen von Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist die Tatsache, dass ein bestimmter Teil des Lichts, das durch einen Lichtleiter geleitet wird, aus dem Lichtleiter auf eine andere Weise austritt als über die Ausgangsfläche des Lichtleiters, ohne dass dieser Teil des Lichts weiterverwendet wird, was die Leuchteffizienz des Lichtleiters verringert. Daher wird auf dem Gebiet des Designs von Lichtleitern und Lichtleitersystemen permanent danach gestrebt, Designs vorzuschlagen, die ihre Leuchteffizienz weiter steigern können.
Ein Beispiel eines bekannten Designs eines Lichtleiters, das versucht, die Leuchteffizienz zu erhöhen, ist die in Patentschrift US 7,726,854 beschriebene Lösung. Diese Lösung basiert auf der Verwendung einer Fläche, die mit einem Diffusionsmaterial versehen ist, das parallel zu dem Lichtleiter gegen dessen reflektierende Fläche in einem bestimmten Abstand von dem Lichtleiter angeordnet ist. Lichtstrahlen, die aus dem Lichtleiter durch die reflektierende Fläche austreten, fallen auf die Diffusionsfläche und werden über die reflektierende Fläche zurück zu dem Lichtleiter geleitet. Angesichts der Diffusionseigenschaften der Fläche, von der die Strahlen zu dem Lichtleiter zurückgeworfen werden, wird eine homogene Verteilung der Lichtstrahlen, die zurück zu dem Lichtleiter geworfen werden, über die gesamte Länge des Lichtleiters erreicht. Die Lösung nach dieser US-Patentschrift basiert auf den Diffusionseigenschaften der Fläche, von der die Lichtstrahlen zu dem Lichtleiter zurückgeworfen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die oben genannten Ziele der Erfindung werden durch ein optisches Lichtleitersystem nach der Erfindung erreicht, umfassend einen Lichtleiter aus einem optisch transparenten Material, und einer Lichtquelle, die sich auf einer Eingangsfläche des Lichtleiters befindet, wobei der Lichtleiter auf seiner Vorderseite eine Ausgangsfläche zur Ausgabe von Lichtstrahlen aus dem Lichtleiter umfasst, die durch den Lichtleiter geleitet werden, und auf der Rückseite eine zahnähnliche Struktur, um die Lichtstrahlen durch die Ausgangsfläche aus dem Lichtleiter heraus zu streuen. Das optische Lichtleitersystem umfasst ferner einen Reflektor, der einen Körper aus einem optisch transparenten Material umfasst, der gegen die zahnähnliche Struktur positioniert ist und mindestens zwei reflektierende Flächen umfasst, die konfiguriert sind, um vollständig Lichtstrahlen zu reflektieren, die aus dem Lichtleiter durch die zahnähnliche Struktur ausgetreten sind, und diese zu dem Lichtleiter zurückzuwerfen.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen weist der Körper des Lichtleiters eine längliche Form auf, und in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zu dessen Längsachse liegt, weist er eine in etwa pilzartige Form auf.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen weist der Körper des Reflektors eine Eingangsfläche auf, die gegen die zahnähnliche Struktur des Lichtleiters positioniert ist, zum Eintreten von Lichtstrahlen, die aus dem Lichtleiter ausgetreten sind, durch seine zahnähnliche Struktur zu dem Reflektor.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen weist der Reflektorkörper eine dreieckige Form in einem Querschnitt entlang einer Ebene auf, die senkrecht zu der Längsachse des Lichtleiters liegt.
In einer weiteren der bevorzugten Ausführungsformen ist der Reflektorkörper an seinen Ecken, die zum Lichtleiter zeigen, mit Vorsprüngen zum Befestigen an den Seitenwänden des Lichtleiters versehen.
In einer weiteren der bevorzugten Ausführungsformen weist der Reflektorkörper eine fünfeckige Form in einem Querschnitt entlang einer Ebene auf, die senkrecht zu der Längsachse des Lichtleiters verläuft, wobei der Reflektorkörper eine erste Fläche umfasst, die die Eingangsfläche mit einer ersten reflektierenden Fläche verbindet, und eine zweite Fläche, die die Eingangsfläche mit einer zweiten der reflektierenden Flächen verbindet, wobei die erste und die zweite Fläche in Bezug auf die Eingangsfläche in einem vorbestimmten Winkel geneigt sind und konfiguriert sind, um die Lichtstrahlen, die durch die zahnähnliche Struktur ausgetreten und auf die erste Fläche oder die zweite Fläche gefallen sind, in der Richtung zu brechen, die in etwa senkrecht zu der Eingangsfläche liegt.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen der Eingangsfläche des Reflektors und der äußeren Fläche der zahnähnlichen Struktur des Lichtleiters zwischen 1 mm und 2 mm.
Die reflektierenden Flächen des Reflektors weisen bevorzugt eine Oberflächenrauheit auf, die Spiegelglanz entspricht.
Der Lichtleiter umfasst bevorzugt zwei laterale Flächen, die in einer Ebene, die senkrecht zu der Längsachse des Lichtleiters liegt, eine in etwa kreisförmige Form aufweisen. Zwischen den unteren Enden der zwei lateralen Flächen wird der Bereich der zahnähnlichen Struktur begrenzt. Die lateralen Flächen sind konfiguriert, um die Lichtstrahlen zu reflektieren, die sich entlang des Lichtleiters ausbreiten und auf diese Flächen fallen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird durch die Verwendung von Ausführungsformen detaillierter erläutert, in Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

- 1 einen Querschnitt des optischen Lichtleitersystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
- 2 eine schematische Darstellung des Wegs der Lichtstrahlen zeigt, die aus dem Lichtleiter austreten und durch den Reflektor zurück zu dem Lichtleiter geworfen werden,
- 3 einen Querschnitt des optischen Lichtleitersystems nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
- 4 einen Querschnitt des optischen Lichtleitersystems nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
- 5 eine perspektivische Ansicht des optischen Lichtleitersystems aus 1 zeigt, und
- 6 eine perspektivische Ansicht der Unterseite des gesamten Lichtleiters des optischen Lichtleitersystems aus 5 zeigt, ausgestattet mit einer zahnähnlichen Struktur.

Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in einem Querschnitt das erste Ausführungsbeispiel eines optischen Lichtleitersystems, das einen Lichtleiter 1 und einen Reflektor 3 zeigt, so positioniert, dass die Eingangsfläche 5 mit einer Lücke zu der Außenfläche einer zahnähnlichen Struktur 2 hin liegt. Die Breite dieser Lücke liegt bevorzugt zwischen 1 mm bis 2 mm. Der Lichtleiter 1 ist aus einem optisch transparenten Material hergestellt und wird verwendet, um Lichtstrahlen zu leiten, die von der Lichtquelle 8 (siehe 5) produziert werden, die sich auf der Eingangsfläche 5 des Lichtleiters 1 befindet. Der Lichtleiter 1 umfasst auf der Vorderseite eine Ausgangsfläche 10 , wo Lichtstrahlen austreten, die durch den Lichtleiter 1 aus dem Lichtleiter 1 heraus geführt werden.
Der Körper des Reflektors 3 ist aus einem optisch transparenten Material hergestellt und ist gegen die Seite des Lichtleiters 1 positioniert, der mit der zahnähnlichen Struktur 2 ausgestattet ist, die verwendet wird, um Lichtstrahlen durch die Ausgangsfläche 10 aus dem Lichtleiter 1 heraus zu streuen. Der Reflektorkörper umfasst mindestens zwei reflektierende Flächen 6a, 6b, die konfiguriert sind, um vollständig Lichtstrahlen zu reflektieren, die aus dem Lichtleiter 1 durch die zahnähnliche Struktur 2 ausgetreten sind, und um sie zurück zu dem Lichtleiter 1 zu werfen. 2 zeigt den Weg der Lichtstrahlen, die durch den Reflektor 3 zurück zu dem Lichtleiter 1 geworfen werden. Der größte Teil der Lichtstrahlen wird zu dem Lichtleiter 1 durch die zahnähnliche Struktur 2 zurückgeworfen, jedoch kann ein geringfügiger Teil der Lichtstrahlen ebenso durch die Flächen 4a und 4b in den Lichtleiter 1 eintreten. Diese Flächen 4a und 4b sind auf diese Weise für die Lichtstrahlen konfiguriert, die durch die Lichtquelle emittiert werden und durch den Lichtleiter fallen, um durch die Flächen 4a und 4b reflektiert werden, um zu verhindern, dass Lichtstrahlen aus dem Lichtleiter 1 durch die Flächen 4a und 4b austreten. Somit haben die Flächen 4a und 4b eine reflektierende Funktion für Strahlen, die entlang des Lichtleiters 1 fallen. Die reflektierenden Flächen 6a, 6b des Reflektors 3 sind derart angepasst, dass sie bevorzugt eine Flächenrauheit aufweisen, die Spiegelglanz entspricht, insbesondere mit einem Ra-Wert unter 0,5 µm.
Der gesamte Körper des Lichtleiters 1 kann bevorzugt eine längliche Form aufweisen und im Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zu der Längsachse liegt, weist der Lichtleiter 1 eine in etwa pilzförmige Form auf.
3 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Lichtleiter 1 weist wieder eine in etwa pilzartige Form im Querschnitt auf und ist mit Seitenwänden 11a und 11b ausgestattet, die zur Befestigung verwendet werden, z. B. mittels Ultraschallschweißen, an den Vorsprüngen 12a und 12b. Der Körper des Reflektors 1 weist einen dreieckigen Querschnitt auf, und an den Ecken, die zu dem Lichtleiter 1 zeigen, ist er mit Vorsprüngen 12a und 12b ausgestattet, die bevorzugt Buckel sind, die z. B. durch Kunststoffspritzguss als ein Teil des Reflektorkörpers 3 hergestellt wurden, so dass die Vorsprünge 12a und 12b ein einheitliches Teil mit dem Reflektorkörper 3 bilden können.
4 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung, unter Verwendung von Pfeilen, um schematisch den Weg eines Lichtstrahls durch den Lichtleiter 1 und Reflektor 3 anzuzeigen. Der Lichtleiter weist wieder im Querschnitt eine in etwa pilzartige Form auf. Der Körper des Reflektors 3 weist einen fünfeckigen Querschnitt auf, der bevorzugt symmetrisch zu der Achse 14 sein kann, die bevorzugt etwa in die Richtung der optischen Achse des Lichtleitersystems führt. Der Reflektorkörper 3 umfasst reflektierende Flächen 6a und 6b, eine Eingangsfläche 5 und Flächen 13a und 13b, die die Eingangsfläche 5 mit den reflektierenden Flächen 6a und 6b verbinden, und sind in Bezug auf die Eingangsfläche 5 in einem vorbestimmten Winkel geneigt. Dieser Winkel kann auf eine Weise ausgewählt werden, so dass die Lichtstrahlen, die aus der zahnähnlichen Struktur 2 aus dem Lichtleiter 1 ausgetreten sind, sich auf den Flächen 13a und 13b in der Richtung brechen, die in etwa parallel zu der Achse 14 liegt. Dies soll eine höhere Effizienz der darauffolgenden Reflektion auf den reflektierenden Flächen 6a und 6b des Reflektors 3 gewährleisten.
In den oben besprochenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung bilden die reflektierenden Flächen 6a, 6b des Reflektors 3 die hintere Fläche des Reflektors 3 und bilden zusammen einen vorbestimmten Winkel 7. Die reflektierenden Flächen 6a, 6b und ihre Position in Bezug auf den Lichtleiter 1 sowie ihre Position zueinander, die sich aus dem Winkel 7 ergibt, den sie bilden, sind derart konfiguriert, das auf diesen beiden reflektierenden Flächen 6a, 6b die Bedingung der vollständigen Reflektion für die Lichtstrahlen erfüllt wird, die aus dem Lichtleiter 1 durch die zahnähnliche Struktur 2 ausgetreten sind und auf diese reflektierenden Flächen 6a, 6b fallen. Die reflektierenden Flächen 6a, 6b sind derart angeordnet, dass sie die Lichtstrahlen zurück zu dem Lichtleiter 1 reflektieren. Die Eingangsfläche 5, durch die Lichtstrahlen, die aus dem Lichtleiter 1 ausgetreten sind, in den Reflektor 3 eintreten, fungiert gleichzeitig als die Fläche, durch die die Lichtstrahlen nach der Reflektion von den reflektierenden Flächen 6a, 6b aus dem Reflektor 3 aus- und in den Lichtleiter 1 zu der Ausgangsfläche 10 hin eintreten. Der Lichtleiter umfasst ferner laterale Flächen 4a, 4b zwischen den unteren Enden, durch die der Bereich der zahnähnlichen Struktur 2 eingegrenzt ist. Die lateralen Flächen 4a, 4b weisen bevorzugt eine in etwa kugelartige Form auf.
Wie oben erwähnt, kehrt ein geringfügiger Teil der Lichtstrahlen, die von den reflektierenden Flächen 6a und 6b zurückgeworfen werden, durch Brechung auf den lateralen Flächen 4a und 4b zu dem Lichtleiter 1 zurück. Da jedoch bei dieser Brechung des Lichts auf diesen lateralen Flächen 4a und 4b hohe Verluste auftreten, stellen die Lichtstrahlen, die zu dem Lichtleiter 1 durch die lateralen Flächen 4a und 4b zurückgeworfen werden, nur einen kleinen Teil der Gesamtmenge der Strahlen dar, die zu dem Lichtleiter 1 zurückgeworfen werden.
5 zeigt schematisch das optische Lichtleitersystem entlang der gesamten Länge in der Ausführungsform der 1, und 6 zeigt die Unterseite des Lichtleiters 1 aus 5, der mit der zahnähnliche Struktur 2 ausgestattet ist.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die oben beschrieben wurden, dienen nur der Veranschaulichung und schränken den Geltungsbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert wurde, nicht ein. Ein Fachmann ist in der Lage, weitere Veränderungen und Modifikationen umzusetzen, die immer noch in den Geltungsbereich der Erfindung fallen würden, wie er in den Ansprüchen aufgeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Lichtleiter
2: zahnähnliche Struktur
3: Reflektor
4a, 4b: Fläche
5: Eingangsfläche
6a, 6b: reflektierende Fläche
7: Winkel
8: Lichtquelle
9: Eingangsfläche
10: Ausgangsfläche
11a, 11b: Seitenwand
12a, 12b: Vorsprung
13a, 13b: Fläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7726854 [0003]

Claims

Optisches Lichtleitersystem, umfassend einen Lichtleiter (1) aus einem optisch transparenten Material und eine Lichtquelle (8), um Lichtstrahlen zu emittieren, die sich auf der Eingangsfläche (9) des Lichtleiters (1) befinden, wobei der Lichtleiter (1) auf seiner Vorderseite eine Ausgangsfläche (10) zum Ausgang von Lichtstrahlen umfasst, die durch den Lichtleiter (1) aus dem Lichtleiter (1) heraus geleitet werden, und auf der hinteren Seite eine zahnähnliche Struktur (2), um Lichtstrahlen durch die Ausgangsfläche (10) aus dem Lichtleiter (1) heraus zu streuen, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Lichtleitersystem ferner einen Reflektor (3) umfasst, der einen Körper aus einem optisch transparenten Material aufweist, der gegen die zahnähnliche Struktur (2) positioniert ist, und der mindestens zwei reflektierende Flächen (6a) und (6b) umfasst, die konfiguriert sind, um Lichtstrahlen, die aus dem Lichtleiter (1) durch die zahnähnliche Struktur (2) ausgetreten sind, vollständig zu reflektieren und zurück zu dem Lichtleiter (1) zu werfen.
Optisches Lichtleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Lichtleiters (1) eine längliche Form aufweist, und in einem Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zu seiner Längsachse liegt, weist er eine in etwa pilzartige Form auf.
Optisches Lichtleitersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Reflektors (3) eine Eingangsfläche (5) umfasst, die gegen die zahnähnliche Struktur (2) des Lichtleiters (1) positioniert ist, damit dort Lichtstrahlen eintreten können, die aus dem Lichtleiter (1) durch seine zahnähnliche Struktur (2) zu dem Reflektor (3) ausgetreten sind.
Optisches Lichtleitersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Reflektors (3) eine dreieckige Form in einem Querschnitt entlang einer Ebene aufweist, die senkrecht zu der Längsachse des Lichtleiters (1) liegt.
Optisches Lichtleitersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Reflektors (3) an seinen Ecken, die zu dem Lichtleiter (1) zeigen, mit Vorsprüngen (12a) und (12b) zum Befestigen an den Seitenwänden (11a) und (11b), mit denen der Lichtleiter (1) ausgestattet ist, versehen ist.
Optisches Lichtleitersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorkörper (3) eine fünfeckige Form in einem Querschnitt entlang einer Ebene aufweist, die senkrecht zu der Längsachse des Lichtleiters (1) liegt, wobei der Reflektorkörper (3) eine erste geneigte Fläche (13a) umfasst, die die Eingangsfläche (5) mit einer ersten reflektierenden Fläche (6a) verbindet, und eine zweite geneigte Fläche (13b), die die Eingangsfläche (5) mit einer zweiten der reflektierenden Flächen (6b) verbindet, wobei die geneigten Flächen (13a) und (13b) in Bezug auf die Eingangsfläche (5) in einem vorbestimmten Winkel geneigt sind und konfiguriert sind, um die Lichtstrahlen, die durch die zahnähnliche Struktur (2) ausgetreten und auf die Fläche (13a) oder (13b) gefallen sind, in der Richtung zu brechen, die in etwa senkrecht zu der Eingangsfläche (5) liegt.
Optisches Lichtleitersystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Eingangsfläche (5) des Reflektors (3) und der äußeren Fläche der zahnähnlichen Struktur (2) des Lichtleiters (1) 1 mm bis 2 mm beträgt.
Optisches Lichtleitersystem nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Flächen (6a, 6b) des Reflektors (3) eine Oberflächenrauheit aufweisen, die Spiegelglanz entspricht.
Optisches Lichtleitersystem nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (1) zwei laterale Flächen (4a, 4b) umfasst, die in einer Ebene, die senkrecht zu der Längsachse des Lichtleiters (1) liegt, eine in etwa kreisartige Form aufweisen, zwischen deren Enden der Bereich der zahnähnlichen Struktur (2) begrenzt ist, wobei die lateralen Flächen (4a, 4b) konfiguriert sind, um die Lichtstrahlen, die sich entlang des Lichtleiters (1) verbreiten und auf diese Flächen (4a, 4b) fallen, zu reflektieren.