DE19740316A1 - Leuchteneinheit für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Leuchteneinheit für Kraftfahrzeuge

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Description

Stand der Technik
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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