DE19740316A1 - Leuchteneinheit für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Leuchteneinheit für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchteneinheit für
Kraftfahrzeuge mit einer reellen Lichtquelle und Mitteln zum
Bündeln der Strahlung der Lichtquelle auf ein Ende eines
Lichtleitersystems, das im wesentlichen quer zur
Beleuchtungsrichtung steht und das Mittel zum Auskoppeln des
Lichtstrahlenbündels aus einer äußeren Lichtaustrittsfläche
des Lichtleitersystems aufweist.
Eine derartige Leuchteneinheit ist beispielsweise aus der
DE 32 36 683 A1 bekannt. Dort ist ein Scheinwerfer offenbart,
bei dem das Lichtleitersystem aus einer einzigen Leiste aus
Glas oder einem anderen ähnlichen durchsichtigen Werkstoff
besteht. Ein Ende des Lichtleitersystems ist als
Lichteintrittsende ausgebildet. Das Lichtleitersystem ist quer
zur Beleuchtungsrichtung angeordnet und weist in
Beleuchtungsrichtung eine Lichtaustrittsfläche auf. In dem
Lichtleitersystem sind zur Beleuchtungsrichtung schräg
gestellte reflektierende Facetten als Mittel zum Auskoppeln
des Lichtstrahlenbündels (Auskoppeloptik) angeordnet. Vor der
Lichtaustrittsfläche des Lichtleitersystems erstreckt sich
eine Linsenanordnung.
Bei der vorbekannten Leuchteneinheit wird von der reellen
Lichtquelle erzeugte Strahlung von einem elliptischen Spiegel
oder einem Reflektor gebündelt und in das Lichteintrittsende
des Lichtleitersystems eingekoppelt. Dort trifft das
Lichtstrahlenbündel auf die Facetten und wird von diesen
reflektiert. Die Einzellichtstrahlenbündel der Facetten treten
durch die Lichtaustrittsfläche aus dem Lichtleitersystem
heraus und treffen auf die Linsenanordnung. Die
Linsenanordnung vereinigt die Einzellichtstrahlenbündel wieder
zu einem einzigen Strahlenbündel und lenkt das Strahlenbündel
in die Beleuchtungsrichtung.
Bei der vorbekannten Leuchteneinheit hat es sich als
nachteilig erwiesen, daß die Strahlung einer Lichtquelle
jeweils nur für eine Beleuchtungsaufgabe genutzt werden kann.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß es häufig wünschenswert ist,
die Strahlung einer Lichtquelle für mehrere
Beleuchtungsaufgaben zu nutzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine
Leuchteneinheit für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art
dahingehend weiterzubilden, daß die Strahlung einer
Lichtquelle für mehrere Beleuchtungsaufgaben genutzt werden
kann, ohne dabei jedoch aufwendige Schaltelemente einsetzen zu
müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß das
Lichtleitersystem in mindestens zwei in Reihe angeordnete
Lichtleiter unterteilt ist, zwischen denen jeweils
Schaltelemente angeordnet sind, um die optische Übertragung
(Transmission) von einem Lichtleiter zum nachfolgenden
Lichtleiter zu beeinflussen.
Die einzelnen Lichtleiter gemäß der Erfindung können aus
Monomode- oder Multimode-Glasfasern, Kunststoffasern,
Lichtleitstäben aus Glas oder Kunststoff oder aus
verspiegelten oder totalreflektierenden Hohlleitern bestehen.
Jeder der Lichtleiter weist in Beleuchtungsrichtung eine
äußere Lichtaustrittsfläche und Mittel zum Auskoppeln des
Lichtstrahlenbündels aus der Lichtaustrittsfläche (eine
Auskoppeloptik) auf. In der Regel werden lediglich zwei
Lichtleiter in Reihe angeordnet sein. Für bestimmte Einsätze
der erfindungsgemäßen Leuchteneinheit für Kraftfahrzeuge ist
es jedoch auch durchaus denkbar, mehr als zwei Lichtleiter in
Reihe anzuordnen.
Durch die Schaltelemente zwischen den einzelnen Lichtleitern
kann eine beliebige Transmission von einem Lichtleiter zum
nachfolgenden eingestellt werden. Demnach kann die
Lichtverteilung innerhalb des Lichtleitersystems gesteuert
werden, d. h. es kann genau bestimmt werden, wieviel des in das
Lichteintrittsende des Lichtleitersystems in den ersten
Lichtleiter eingekoppelten Lichtstrahlenbündels in die
nachfolgenden Lichtleiter weitergeleitet wird.
Die einzelnen Lichtleiter können verschiedene Funktionen
wahrnehmen, wie beispielsweise Abblendlicht-, Fernlicht-,
Positionslicht-, Nebellicht-, Rücklicht-, Bremslicht- oder
Nebelschlußlichtfunktionen. Durch den Einsatz eines
Schaltelements, das die Transmission periodisch verändert,
kann sogar eine Blinkfunktion eines Lichtleiters realisiert
werden.
Abhängig von der eingestellten Transmission sind bei der
erfindungsgemäßen Leuchteneinheit mehrere Betriebszustände
denkbar. Bei einer eingestellten Transmission von τ = 0
verbleibt das gesamte in das Lichteintrittsende des
Lichtleitersystems eingekoppelte Lichtstrahlenbündel in dem
ersten Lichtleiter. Alle nachfolgenden Lichtleiter sind also
abgeschaltet. Der erste Lichtleiter kann Leuchtfunktionen
übernehmen, bei denen unter Vernachlässigung der Verluste
innerhalb des Lichtleitersystems die Lichtstärke des gesamten
eingekoppelten Lichtstrahlenbündels benötigt wird,
beispielsweise eine Scheinwerferfunktion mit Abblendlicht und
Fernlicht.
Bei einer eingestellten Transmission von 0 < τ < 1 wird ein
geringer Teil des in das Lichteintrittsende des
Lichtleitersystems eingekoppelten Lichtstrahlenbündels in den
nachfolgenden Lichtleiter weitergeleitet. Der erste
Lichtleiter kann nach wie vor eine Scheinwerferfunktion o.a.
übernehmen. Der nachfolgende Lichtleiter kann Leuchtfunktionen
übernehmen, bei denen lediglich eine geringe Lichtstärke
benötigt wird, beispielsweise eine Positionsleuchtenfunktion.
Ein weiterer in Reihe angeordneter Lichtleiter könnte
beispielsweise eine Blinklichtfunktion übernehmen.
Bei einer eingestellten Transmission von τ ≈ 1 wird ein
größerer Teil des in das Lichteintrittsende des
Lichtleitersystems eingekoppelten Lichtstrahlenbündels in den
nachfolgenden Lichtleiter weitergeleitet. Der erste
Lichtleiter kann nach wie vor eine Scheinwerferfunktion o.a.
übernehmen. Der nachfolgende Lichtleiter kann ebenfalls
Leuchtfunktionen übernehmen, bei denen eine große Lichtstärke
benötigt wird, beispielsweise eine Zusatzscheinwerferfunktion.
Auch in diesem Fall könnte ein weiterer in Reihe angeordneter
Lichtleiter beispielsweise eine Blinklichtfunktion übernehmen.
Mit der erfindungsgemäßen Leuchteneinheit ist es demnach
möglich, in vorteilhafter Weise die Strahlung einer einzigen
Lichtquelle für mehrere Beleuchtungsaufgaben zu nutzen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die
Mittel zum Auskoppeln des Lichtstrahlenbündels aus der
Lichtaustrittsfläche des Lichtleitersystems als
Dreikantprismen ausgebildet und die Schaltelemente
reflektieren bei unterbundener Transmission das
Lichtstrahlenbündel. Auf ihrem Weg durch den ersten Lichtleiter
trifft ein Teil des Lichtstrahlenbündels auf die Vorderseite
der Dreikantprismen und wird durch die Lichtaustrittsfläche
aus dem Lichtleiter herausreflektiert. Dazu sind die
Vorderseiten der Dreikantprismen entweder verspiegelt oder
totalreflektierend ausgebildet. Der übrige Teil des
Lichtstrahlenbündels wird weiter durch den Lichtleiter
geleitet und trifft auf das reflektierende Schaltelement. Die
von dem Schaltelement rückreflektierten Lichtstrahlen treffen
dann auf die Rückseite der Dreikantprismen und werden
ihrerseits durch die Lichtaustrittsfläche aus dem Lichtleiter
herausreflektiert. Dazu sind auch die Rückseiten der
Dreikantprismen entweder verspiegelt oder totalreflektierend
ausgebildet. Von den Auskoppeloptiken kann demnach sowohl die
Vorder- als auch die Rückseite zum Auskoppeln genutzt werden.
Durch die Rückreflexion des Teils des Lichtstrahlenbündels der
auf das Schaltelement fällt, können darüber hinaus die
Verluste in dem ersten Lichtleiter durch Absorption im Bereich
des Schaltelements reduziert werden. Damit kann ein größerer
Teil des Lichtstrahlenbündels effektiv genutzt werden, und der
erste Lichtleiter emittiert folglich ein Lichtstrahlenbündel
mit einer besonders hohen Lichtstärke.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
vorgeschlagen, daß die Schaltelemente als elektrooptische
Modulatoren ausgebildet sind. Diese werden elektronisch
angesteuert und modulieren das Lichtstrahlenbündel in dem
Lichtleitersystem derart, daß die Transmission von einem
Lichtleiter in den nachfolgenden im Bereich von τ = 0 bis
τ ≈ 1 eingestellt werden kann.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
sind die Schaltelemente als mechanisch steuerbare
reflektierende Elemente ausgebildet.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
wird vorgeschlagen, daß die Schaltelemente als elektronisch
steuerbare reflektierende Elemente in Form von Hydridzellen
ausgebildet sind, wobei der Wasserstoff in den Hydridzellen
insbesondere mit Yttrium reagiert. Eine solche Yttrium-
Hydridzelle ist beispielsweise aus dem Artikel "Schaltbare
Spiegel", Elektronik 9/1996, S. 22 bekannt. Die Funktion
dieser Hydridzellen beruht auf der Tatsache, daß
Wasserstoffatome unter bestimmten Bedingungen in das
Metallgitter des Yttrium eindringen und das spiegelnde YH2
bilden. YH2 geht dann in das lichtdurchlässige YH3 über. Durch
das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Hydridzelle
kann die Diffusion der Wasserstoffatome in das Yttrium und
damit auch die Transmission der Hydridzelle beliebig
gesteuert werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
verändern die Schaltelemente die Brechzahl in dem
Lichtleitersystem. Über die Brechzahl kann die Bedingung für
die Totalreflexion im Bereich der Schaltelemente verändert
werden, so daß die Schaltelemente das Lichtstrahlenbündel mehr
oder weniger gut von einem Lichtleiter in den nachfolgenden
weiterleiten.
Im folgenden wird anhand der Zeichnungen eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Leuchteneinheit für
Kraftfahrzeuge mit abgeschaltetem zweitem
Lichtleiter und
Fig. 2 die erfindungsgemäße Leuchteneinheit für
Kraftfahrzeuge aus Fig. 1, wobei der zweite
Lichtleiter zugeschaltet ist.
In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Leuchteneinheit
für Kraftfahrzeuge in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1
bezeichnet. Die Leuchteneinheit 1 weist ein Lichtleitersystem
100, eine reelle Lichtquelle 200 und Mittel 300 zum Bündeln
der Strahlung der Lichtquelle 200 auf. Die Mittel 300 zum
Bündeln der Strahlung der Lichtquelle 200 sind als ein
Reflektor ausgebildet. Das Lichtleitersystem 100 ist in zwei
in Reihe angeordnete Lichtleiter 110 und 120 unterteilt,
zwischen denen ein Schaltelement 400 angeordnet ist. Die
Lichtleiter 110 und 120 stehen im wesentlichen quer zur
Beleuchtungsrichtung B und weisen in Beleuchtungsrichtung B
äußere Lichtaustrittsflächen 111 und 121 auf. In den
Lichtleitern 110 und 120 sind Mittel 112 und 122 zum
Auskoppeln von Lichtstrahlen aus den Lichtaustrittsflächen 111
und 121 angeordnet. Die Mittel 112 und 122 zum Auskoppeln von
Lichtstrahlen sind als Dreikantprismen ausgebildet. Vor den
Lichtaustrittsflächen 111 und 121 erstrecken sich
Linsenanordnungen 113 und 123.
In Fig. 1 ist das Schaltelement 400 so eingestellt, daß die
optische Übertragung (Transmission) von dem ersten Lichtleiter
110 zu dem zweiten Lichtleiter 120 unterbunden ist. Der
zweite Lichtleiter 120 ist also abgeschaltet.
Die von der Lichtquelle 200 erzeugte Strahlung wird von dem
Reflektor 300 gebündelt. Das Strahlenbündel wird über ein
Lichteintrittsende 101 des Lichtleitersystems 100 in den
ersten Lichtleiter 110 eingekoppelt. Dort trifft ein Teil des
Lichtstrahlenbündels auf die Vorderseiten der Dreikantprismen
112 und wird von diesen reflektiert. Die reflektierten
Einzellichtstrahlenbündel treten durch die
Lichtaustrittsfläche 111 aus dem ersten Lichtleiter 110 heraus
und treffen auf die Linsenanordnung 113. Die Linsenanordnung
113 vereinigt die Einzellichtstrahlenbündel wieder zu einem
einzigen Strahlenbündel und lenkt das Strahlenbündel in die
Beleuchtungsrichtung B.
Der Teil des Lichtstrahlenbündels, der nicht auf die
Dreikantprismen 112 trifft, wird in dem ersten Lichtleiter 110
bis zu dem Schaltelement 400 weitergeleitet. Das Schaltelement
400 ist bei unterbundener Transmission reflektierend
ausgebildet. Deshalb wird der Teil des Lichtstrahlenbündels,
der nicht auf die Vorderseiten der Dreikantprismen 112
getroffen ist, wieder in den ersten Lichtleiter 110
rückreflektiert. Dort trifft dieser Teil des
Lichtstrahlenbündels auf die Rückseiten der Dreikantprismen
112 und wird von diesen reflektiert. Die reflektierten
Einzellichtstrahlenbündel treten dann ebenfalls durch die
Lichtaustrittsfläche 111 aus dem ersten Lichtleiter 110 heraus
und treffen auf die Linsenanordnung 113.
Bei der von dem Schaltelement 400 in Fig. 1 eingestellten
Transmission von τ = 0 verbleibt somit das gesamte in das
Lichtleitersystem 100 eingekoppelte Lichtstrahlenbündel in
dem ersten Lichtleiter 110. Der erste Lichtleiter 110 kann
Leuchtfunktionen übernehmen, bei denen unter Vernachlässigung
der Verluste innerhalb des Lichtleitersystems 100 die
Lichtstärke des gesamten eingekoppelten Lichtstrahlenbündels
benötigt wird, beispielsweise eine Scheinwerferfunktion mit
Abblendlicht und Fernlicht.
In Fig. 2 ist das Schaltelement 400 so eingestellt, daß die
optische Übertragung (Transmission) von dem ersten Lichtleiter
110 zu dem zweiten Lichtleiter 120 ermöglicht ist. Der zweite
Lichtleiter 120 ist also zugeschaltet.
Die von der Lichtquelle 200 erzeugte Strahlung wird wie oben
in Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 1 erläutert in
den ersten Lichtleiter 110 eingekoppelt und aus diesem zum
Teil durch die Lichtaustrittsfläche 111 ausgekoppelt. Der Teil
des Lichtstrahlenbündels, der nicht auf die Vorderseiten der
Dreikantprismen 112 trifft, wird in dem ersten Lichtleiter 110
wiederum bis zu dem Schaltelement 400 weitergeleitet. Da das
Schaltelement 400 in Fig. 2 eine Transmission ermöglicht, wird
der Teil des Lichtstrahlenbündels, der nicht auf die
Vorderseiten der Dreikantprismen 112 getroffen ist, nicht (bei
τ ≈ 1) oder nur zum Teil (bei 0 < τ < 1) wieder in den ersten
Lichtleiter 110 rückreflektiert. Der nicht rückreflektierte
Teil des Lichtstrahlenbündels wird in den nachfolgenden
Lichtleiter 120 weitergeleitet, trifft dort auf die
Vorderseiten der Dreikantprismen 122 und wird durch die
Lichtaustrittsfläche 121 aus dem zweiten Lichtleiter 120
herausreflektiert. Die Linsenanordnung 123 vereinigt die
Einzellichtstrahlenbündel zu einem einzigen Strahlenbündel und
lenkt das Strahlenbündel in die Beleuchtungsrichtung B.
Der erste Lichtleiter 110 kann nach wie vor eine
Scheinwerferfunktion o. ä. übernehmen. Der nachfolgende
Lichtleiter 120 kann für Transmissionen τ ≈ 1 ebenfalls
Leuchtfunktionen übernehmen, bei denen eine große Lichtstärke
benötigt wird, beispielsweise die Funktion eines
Zusatzscheinwerfers. Für Transmissionen 0 < τ < 1 kann der
zweite Lichtleiter 120 Leuchtfunktionen übernehmen, bei denen
lediglich eine geringe Leuchtstärke benötigt wird,
beispielsweise eine Positionsleuchtenfunktion.
Das Schaltelement 400 ist als elektronisch steuerbare
reflektierendes Element in Form einer Hydridzelle mit Yttrium
ausgebildet. Durch ein Steuerungsgerät 401 wird eine
elektrische Steuerspannung an die Yttrium-Hydridzelle
angelegt, wodurch die Diffusion der Wasserstoffatome in das
Yttrium und damit auch die Transmission der Hydridzelle
gesteuert werden kann.
Claims (7)
1. Leuchteneinheit (1) für Kraftfahrzeuge mit einer reellen
Lichtquelle (200) und Mitteln (300) zum Bündeln der Strahlung
der Lichtquelle (200) auf ein Ende (101) eines
Lichtleitersystems (100), das im wesentlichen quer zur
Beleuchtungsrichtung (B) steht und das Mittel (112, 122) zum
Auskoppeln des Lichtstrahlenbündels aus einer äußeren
Lichtaustrittsfläche (111, 121) des Lichtleitersystems (100)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitersystem
(100) in mindestens zwei in Reihe angeordnete Lichtleiter
(110, 120) unterteilt ist, zwischen denen jeweils
Schaltelemente (400) angeordnet sind, um die optische
Übertragung (Transmission) von einem Lichtleiter (110) zum
nachfolgenden Lichtleiter (120) zu beeinflussen.
2. Leuchteneinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel (112, 122) zum Auskoppeln des
Lichtstrahlenbündels aus der Lichtaustrittsfläche (111, 121)
des Lichtleitersystems (100) als Dreikantprismen ausgebildet
sind und daß die Schaltelemente (400) bei unterbundener
Transmission das Lichtstrahlenbündel reflektieren.
3. Leuchteneinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (400) als
elektrooptische Modulatoren ausgebildet sind.
4. Leuchteneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (400) als
mechanisch steuerbare reflektierende Elemente ausgebildet
sind.
5. Leuchteneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (400) als
elektronisch steuerbare reflektierende Elemente in Form von
Hydridzellen ausgebildet sind.
6. Leuchteneinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserstoff in den Hydridzellen mit
Yttrium reagiert.
7. Leuchteneinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (400) die
Brechzahl in dem Lichtleitersystem (100) verändern.
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---|---|---|---|
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DE19740316C2 DE19740316C2 (de) | 2001-01-18 |
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Country Status (2)
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