DE19931008C1 - Fahrzeugleuchteneinheit mit einem Lichtleitersystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugleuchteneinheit mit einem Lichtleitersystem, mit einer Lichtquelle und Mitteln zum Konzentrieren der Strahlung dieser Quelle auf das Eintrittsende eines durchsichtigen Stabes, wobei sich der Stab entlang einer Längsachse A erstreckt und schräg zu der Längsachse mehrere reflektierende Facetten aufweist, an welchen Licht mit einer bestimmten Intensität austritt, wobei die Facetten mit optischen Linsen zusammenwirken, die am Austritt eines Lichtleiters im Weg der von den Facetten reflektierten elementaren Lichtbündel angeordnet sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß lichtsteuernde Elemente angeordnet sind, die durch Änderung der Reflexion an der Facette eine Lichtumlenkung oder einen Lichtdurchtritt ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugleuchtenvorrichtung mit ei­ nem Lichtleitersystem gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Fahrzeugleuchteneinheit mit einem Lichtlei­ tersystem ist aus der DE 196 13 211 A1 bekannt. Diese Vorrich­ tung weist eine Lichtquelle auf, deren Licht in einen optischen Stab fokussiert wird. Durch reflektierende Facetten wird an be­ stimmten Stellen Licht aus dem Stab ausgekoppelt und über opti­ sche Linsen auf das gewünschte Beleuchtungsfeld geleitet. Die Längsachse des Lichtleiters bildet zu den Facetten einen spit­ zen Winkel, wobei die Neigung der Facetten so bemessen ist, daß an den Facetten Totalreflexion auftritt.

Bei dieser Art eines Lichtsystems ist von Nachteil, daß durch die Anordnung der Facetten mit den zugeordeten optischen Lin­ sen, die resultiertende Lichtverteilung fest vorgegeben ist. Diese Vorgabe bestimmt die Charakteristik des Scheinwerfers. Die Möglichkeiten der Änderungen in der Lichtverteilung sind stark eingeschränkt.

Um die Lichtverteilung zu beeinflussen sind in der Lichttrans­ mission steuerbare Elemente denkbar, die z. B. zwischen Licht­ quelle und Stab oder vor der jeweiligen Linse angebracht wer­ den. Besonders attraktiv erscheint neben mechanischen Shuttern die Verwendung von elektrochromen Elementen, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen transparent und absorbie­ rend geschaltet werden können und so zur Regelung der Lichtver­ teilung der einzelnen Facetten dienen. Solche Elemente sind je­ doch nur eingeschränkt verwendbar, da sie sich im abgedunkelten Zustand sehr stark erwärmen und eine Nutzung des abgeblendeten Lichtanteils nicht möglich ist. In jedem Fall ist deshalb die Steuerung der Lichtverteilung über ein Reflexionsprinzip zu be­ vorzugen.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Lichtsystem so zu verbessern, daß eine schnelle Veränderung der Lichtverteilung, bei Fahr­ zeugscheinwerfern insbesondere die Lichtverteilung auf der Straße, einfach und schnell ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er­ findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltungen liegt darin, daß durch Veränderung einzelner lichtsteuernder Elemente eine Vielzahl von Lichtverteilungen auf der Straße ermöglicht wer­ den. So sind auch schnelle Änderungen der Lichtverteilung auf der Straße möglich, wenn beispielsweise von Abblendlicht auf Fernlicht umgeschaltet werden soll oder wenn eine andere Licht­ verteilung wie beispielsweise ein Kurvenlicht realisiert werden soll.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugleuchten­ einheit mit einem aus einem optischen Stab bestehenden lichtleitenden Systems, sowie

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines optischen Stabes mit lichtsteuerndem Element,

Fig. 3 weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts ei­ nes optischen Stabes mit lichtsteuerndem Element, sowie

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts eines optischen Stabes mit lichtsteuerndem Element.

Fig. 5 Eine weitere schematische Darstellung eines Ausschnitts eines optischen Stabes mit lichtsteuerndem Element.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrzeugleuch­ teneinheit 1 mit einem Lichtleitersystem, insbesondere für ei­ nen Scheinwerfer eines Fahrzeuges, wobei die Fahrzeugleuchtvor­ richtung 1 eine Leuchtquelle 6 aufweist, die das Licht paralle­ lisiert in einen optischen Stab 2 reflektiert. Das Licht wird von dem aus Lichtleitern 7 aufgebauten optischen Stab 2 weiter­ geleitet, wird an den Facetten 3 reflektiert, wobei die Facet­ ten mit optischen Linsen 15 zusammenwirken, die am Austritt eines Lichtleiters 7 im Weg der von den Facetten 3 reflektier­ ten elementaren Lichtbündel angeordnet sind, und tritt an­ schließend aus den Lichtleitern 7 aus. Die lichtsteuernden Ele­ mente 5 können in den Lichtleiter 7 integriert sein (wie in Fig. 2) und/oder unmittelbar auf oder an der Facette 3 an­ schließen (wie in Fig. 3). Je nach Schaltzustand des lichtsteu­ ernden Elementes 5 erfolgt eine Lichtumlenkung oder ein Licht­ durchtritt, so daß auf diese Art eine Änderung der Lichtvertei­ lungsfläche auf der Straße erfolgt. Die verschiedenen Lichtver­ teilungsflächen bilden das Scheinwerferlicht. So können durch die richtige Beschaltung verschiedene Scheinwerfereinstellungen realisiert werden. Über diesen Steuerungsmechanismus ist eine situationsgerechte Lichtverteilungssteuerung auf der Straße möglich. Ein Kurvenlicht, das sich an die Straße entsprechend der Kurve anpaßt oder auch eine Scheinwerfersteuerung, die Ort­ sinformationen aus Satellitennavigationssystemen verwendet, kann dadurch einfach und genau realisiert werden. Zur Steuerung des Scheinwerferlichtes ist eine Steuereinheit vorgesehen, die die Lichtdurchlässigkeit und Lichtabsorption oder -reflektion der lichtsteuernden Elemente so steuert, daß eine vorgegebene Lichtverteilung auf der Straße entsteht.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Lichtleiters 7 mit lichtsteuerndem Element 5. Das licht­ steuernde Element 5 ist unter schrägen Winkeln in den Teil des Lichtleiters 7 eingefügt, der die Facette 3 beleuchtet. Das lichtsteuernde Element 5 unterbricht den Lichtleiterstab 7 durch Spalte mit sehr geringem Abstand. An der ersten Trenn­ stelle wird so eine neue Facette 8 gebildet, an der das Licht durch Totalreflexion in eine andere Richtung gelenkt wird. Das Licht kann für andere Zwecke verwendet werden, indem z. B. eine Linse an dieser Stelle angebracht wird. Durch beidseitiges An­ fügen des Elements 5 an den Lichtleiterstab 7 werden die Spalte geschlossen. Da das lichtsteuernde Element eine ähnliche opti­ sche Dichte wie der Lichtleiter 7 aufweist, tritt keine Grenz­ flächenreflexion mehr auf. Das Licht kann den Stab durch das Element 5 hindurch unvermindert passieren und die ursprüngli­ chen Facette 3 beleuchten. Für das lichtsteuernde Element kön­ nen beispielsweise Siloxane, Polyurethane oder andere Polymere, die hochtransparent und elastisch sind, verwendet werden. Eine hochflexible Oberfläche ist notwendig, um trotz Oberflächenrau­ higkeit der Grenzflächen eine optisch einwandfreie Ankopplung zu erzielen.

Eine Möglichkeit zur Realisierung des Schaltvorgangs besteht darin, durch Komprimierung des Elements in Querrichtung eine Verdickung in der Längsausdehnung zu bewirken und damit die Spalte zu überbrücken. Als weitere Ausführung können auch Poly­ mere verwendet werden, die über organisch-chemische Dämpfe zum Quellen gebracht werden, sich dabei ausdehnen und sich dann an die Grenzfläche 8 zum Lichtleiter 7 anlegen und einen Licht­ durchtritt ermöglichen. Es kann auch eine Küvette vorgesehen sein, die an oder in dem Lichtleiter 7 angeordnet ist und in welche Flüssigkeit mit einem den Lichtdurchgang ermöglichenden Brechungsindex eingefüllt und wieder abgelassen wird. Eine mit Flüssigkeit gefüllte Küvette ermöglicht dann den Lichtdurch­ tritt.

In Fig. 3 wird der Lichtleiter 7 an der Facette 3 durch das lichtsteuernde Element 5 verlängert. Durch Verschieben des lichtsteuernden Elementes 5 entlang der Längsachse wird ein Spalt geöffnet und geschlossen. Bei geöffnetem Spalt tritt To­ talreflexion an der Facette 3 auf und der Lichtstrahl wird re­ flektiert. Bei geschlossenem Spalt tritt der Lichtstrahl in das lichtsteuerende Element ein und kann an einer anderen Stelle verwendet werden. Für das lichtsteuernde Element werden die gleichen Materialien verwendet wie in Fig. 2. Eine alternative Ausführung besteht darin, daß das Element 5 aus Glas besteht und nur die Oberfläche, die auf die Facette 3 gepreßt wird, mit einem weichen Kunststoff beschichtet ist.

In Fig. 4 ist das lichtsteuernde Element 5 am Ende des Licht­ leiters 7 angeordnet. Die Facette 3 ist jedoch unter einem Win­ kel α ausgeführt, der kleiner als der Grenzwinkel der Totalre­ flexion ist. Auf der Facette 3 ist das lichtsteuernde Element 5 angeordnet, dessen optische Eigenschaften durch eine elektri­ sche Spannung zwischen hoher Reflexion 5a und hoher Transmissi­ on 5b umgeschaltet werden kann. Im reflektierenden Zustand des Elements 5a wird das Licht umgelenkt und kann auf eine Linse gelenkt werden. Ist das lichtsteuernde Element 5b lichtdurch­ lässig, verläßt das Licht 11 den Lichtleiter 7 und kann ander­ weitig verwendet werden. Ist das lichtsteuernde Element 5 im Lichtleiter 7 angeordnet, wird das transmittierte Lichtbüdel 11 im Lichtleiter 7 weitergeleitet.

Als andere Ausführung kann der Brechungsindex des lichtsteuern­ den Elements 5 in bestimmten Maße verändert werden. Wird der Winkel α so gewählt, daß er genau dem Grenzwinkel der Totalre­ flexion entspricht, kann durch geringe Änderung des Brechungs­ index vom totalreflektierenden Zustand mit Lichtumlenkung zum Zustand mit hohem Lichtdurchtritt umgeschaltet werden.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung eines am Ende eines Lichtleiters 7 angeordneten lichtsteuernden Elementes 5 ge­ zeigt. Die Möglichkeit, das Element zwischen hoher Reflexion und hoher Transmission umzuschalten, wird mit einem Interfe­ renzansatz gelöst. Das Ende des Lichtleiters 7 und die Oberflä­ che eines beweglichen Elements 5 sind mit optisch transparen­ ten, vorzugsweise hochbrechenden Materialien (z. B. TiO₂ oder ZrO₂) beschichtet 9 bzw. 10. Die optische Schichtdicke ist dabei z. B. so ausgelegt, daß für die Lichtwellenlänge, die der maxi­ malen Augenempfindlichkeit (λ = 550 nm) entspricht maximale Re­ flexion der Einzelschichten vorliegt. Diese sogenannten λ/4- Schichten 9 bzw. 10 werden beispielsweise mit einem mechani­ schen Schaltmechanismus bewegt. Eine Rückreflexion und somit Ausblendung eines Lichtstrahles 11 tritt auf, wenn wie auf der Seite oben dargestellt beide λ/4-Schichten 9 und 10 durch ei­ nen schmalen Spalt getrennt sind. Durch Bewegen der zweiten λ/4-Schicht 10 auf die erste λ/4-Schicht 9 wird das lichtsteu­ ernde Element 5 für Licht 11 durchlässig, da beide Schichten in ihrer optischen Wirkung durch destruktive Interferenz eine Re­ flexionsminderung (λ/2-Schicht) bewirken und kann beispielswei­ se durch eine nachfolgende Facette ausgekoppelt werden.

Claims (9)

1. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem, mit einer Lichtquelle (6) und Mitteln zum Konzentrieren der Strah­ lung dieser Quelle auf das Eintrittsende eines durchsichtigen Stabes (2), wobei sich der Stab (2) entlang einer Längsachse A erstreckt und schräg zu der Längsachse (A) mehrere reflektie­ rende Facetten (3) aufweist, an welchen Licht mit einer be­ stimmten Intensität austritt, wobei die Facetten (3) optisch mit optischen Linsen (15) zusammenwirken, die am Austritt eines Lichtleiters (7) im Weg der von den Facetten (3) reflektierten elementaren Lichtbündel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß lichtsteuernde Elemente (5) angeordnet sind, die durch Än­ derung der Reflexion an der Facette (3) eine Lichtumlenkung oder einen Lichtdurchtritt ermöglichen.

2. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtsteuernde Element (5) aus einem transparenten, hochflexiblen Werkstoff mit ähnlichem Brechungsindex wie der Lichtleiter (7) mit sehr geringem Spaltabstand unter einem Win­ kel, bei welchem Totalreflexion eintritt, im Lichtleiter (7) angeordnet ist, wobei sich das Element (5) durch Kompression (P) in Querrichtung verdickt und die Spalte in Längsrichtung schließt.

3. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtsteuernde Element (5) an der Facette (3) mit sehr geringem Spaltabstand unter einem Winkel, bei welchem Totalre­ flexion eintritt, angeordnet ist und durch Bewegung in der Längsachse zum Lichtdurchtritt an den Lichtleiter (7) spaltfrei eine Ankopplung erfolgt.

4. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Facette (3) einen Winkel α aufweist, der kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflektion ist und auf der Facette (3) ein Element (5) angeordnet ist, dessen optische Eigenschaften zwischen hoher Reflexion und hoher Transmission umgeschaltet werden kann.

5. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtsteuerndes Element (5) zwei Interferenzschichten verwendet werden, die aneinander angefügt werden können, wobei bei getrennten Schichten die optische Wirkung von zwei hoch­ reflektierenden λ/4-Schichten (9, 10) erzielt wird und das Licht in den Lichtleiter (7) zurückreflektiert wird, und bei aneinan­ dergefügten Schichten eine λ/2-Schicht mit hoher Transparenz entsteht und den Lichtdurchtritt in das lichtsteuernde Element (5) ermöglicht.

6. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtsteuerndes Element (5) die Oberfläche der Facette (3) mit einem Material beschichtet ist, dessen Brechzahl so veränderbar ist, daß der Grenzwinkel der Totalreflektion unter- oder überschritten wird, so daß das Lichtbündel totalreflek­ tiert und umgelenkt oder aus dem Lichtleiter (7) in Richtung der Längsachse eine Auskopplung erfolgt.

7. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach den Ansprüchen 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Oberflächen, die zur Überbrückung des Spaltes aneinandergefügt werden, aus einem hochflexiblen, transparenten Werkstoff besteht oder beschichtet ist, wobei der Werkstoff einen ähnlichen Brechungsindex wie der Lichtleiter (7) aufweist.

8. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompression (P) des lichtsteuernden Elementes (5) durch piezokeramische Aktoren erfolgt.

9. Fahrzeugleuchteneinheit (1) mit einem Lichtleitersystem nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit angeordnet ist, die die lichtsteuernden Elemente (5) und damit die Intensität der an den Facetten (3) reflektierten Lichtbündel so steuert, daß eine vorgegebene Lichtverteilung auf der Straße entsteht.