DE3240942C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtverteileranordnung zur gleichmäßigen Beleuchtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Heutzutage wird das von einer solchen aus der DE-AS 11 98 754 bekannten Lichtverteileranordnung ausgehende Licht zur Be- oder Ausleuchtung von Skalenscheiben verschiedener Meßgeräte, die in Geräten der Audiotechnik, in Kraftfahrzeugen u. dgl. eingebaut sind, verwendet. Für eine solche Anwendung ist es erforderlich, daß das auf eine Skalenscheibe eines Meß- oder Anzeigegeräts abgestrahlte Licht diese auf ihrer gesamten Oberfläche mit gleichförmiger Intensität ausleuchtet.

Um zu erreichen, daß das von einer Lichtquelle abgegebene und sich in einem Lichtleiter fortpflanzende Licht unterhalb einer zu beleuchtenden Skala gleichmäßig aus dem Lichtleiter zur Beleuchtung der Skala austritt, ist bei dieser bekannten Anordnung vorgesehen, auf der Oberfläche des Lichtleiters durch mechanische Bearbeitung erzeugte Vertiefungen als lichtdurchlässige Lichtauskoppelglieder vorzusehen. Diese Vertiefungen sind unterschiedlich hoch und erstrecken sich mehr oder weniger über die Breite des Lichtleiters quer zur Lichtausbreitungsrichtung. Wenn Lichtstrahlen jeweils auf diese Vertiefungen auftreffen, werden sie in diesen Bereichen aus dem Lichtleiter ausgekoppelt, so daß entsprechend der Vielzahl dieser Vertiefungen und deren Anordnung eine mehr oder weniger gleichmäßige Beleuchtung der darüber angeordneten Skala erhalten wird.

Nachteilig bei einer derartigen Lichtverteileranordnung ist es aber, daß deren Herstellungsprozeß sehr kompliziert ist. So ist es dort erforderlich, mechanisch den Lichtleiter zu bearbeiten, d. h., Bohrungen anzubringen, die die Vertiefungen bilden. Dadurch wird nicht zuletzt auch die mechanische Stabilität des Lichtleiters beeinträchtigt insbesondere an den Stellen, an denen die Bohrungen relativ tief in den Lichtleiter hineinreichen, so daß, wenn eine derartige Lichtverteileranordnung z. B. hinter dem Tachometer eines Kraftfahrzeuges angebracht werden soll, die dort immer auftretenden Erschütterungen zu einer Zerstörung führen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtverteileranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach herstellbar ist und die eine ausreichende mechanische Stabilität besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

In einer weiteren Ausgestaltung ermöglicht es die erfindungsgemäße Lichtverteileranordnung, daß von dem von einer Lichtquelle in einen Lichtleiter gelangenen Licht nur eine eine bestimmte Wellenlänge aufweisende Komponente an einer gewünschten Stelle des Lichtleiters austritt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden, auf die Zeichnung Bezug nehmenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtverteileranordnung zur Erläuterung des Prinzips deren Arbeitsweise;

Fig. 2 und 3 schematische Ansichten der ausgebildeten Lichtverteileranordnung in einer ersten bzw. zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Lichtverteileranordnung;

Fig. 5 in einer geschnittenen Seitenansicht eine Vorrichtung zur gleichförmigen Ausleuchtung, die mit der Lichtverteileranordnung ausgestattet ist;

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur gleichmäßigen Ausleuchtung mit der Lichtverteileranordnung;

Fig. 7 den Schnitt nach der Linie XI-XI in der Fig. 6.

Die Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip der Arbeitsweise der Lichtverteileranordnung. Von einer Lichtquelle 10, die eine Glühlampe, eine Leuchtstoffröhre, ein Laser, Leuchtdioden oder das Austrittsende eines optischen Faserbündels sein kann, abgegebenes Licht fällt auf die benachbarte Stirnseite eines Lichtleiters 12 mit einem Brechungsindex n₀. Als typische Beispiele für einen solchen Lichtleiter sind Quarzglasfasern, optische Fasern aus Kunstsoffen, wie Akryl- oder Polykarbonatharz oder aus solchen Fasern gefertigte feine Röhrchen oder flache Platten zu nennen. Ein lichtdurchlässiges Material, wie Silikon- oder Epoxyharz, wird auf eine Fläche des Lichtleiters 12 aufgebracht, um lichtdurchlässige Lichtauskoppelglieder zu bilden. Jedes dieser Lichtauskoppelglieder 14 hat einen Brechungsindex n ₁, der zum Index n ₀ des Lichtleiters 12 unterschiedlich ist. Der Brechungsindex n₀ wird so gewählt, daß das Verhältnis der Brechungsindices n ₁/n ₀ größer als 1 ist. Somit wird das von der Lichtquelle ausgesandte und durch den Lichtleiter 12 geführte Licht durch die jeweiligen Lichtauskoppelglieder 14 nach außen geleitet.

In Fig. 2 ist eine Lichtverteileranordnung gezeigt, wobei die Lichtverteileranordnung Lichtauskoppelglieder 16, 18 und 20 umfaßt, die auf dem Lichtleiter 12 in Aufeinanderfolge angeordnet sind. Das Lichtauskoppelglied 16 wird von einer einzelnen Lichtauskopplungsschicht 16 a mit einem Brechungsindex n ₁ gebildet. Das Lichtauskoppelglied 18 besteht aus zwei Lichtauskopplungsschichten 18 a, 18 b mit den Brechungsindices n ₁ und n ₂. Das Lichtauskoppelglied 20 wird von drei Lichtauskopplungsschichten 20 a, 20 b, 20 c mit jeweils dem Brechungsindex n ₁, n ₂ und n ₃ gebildet. Wenn die Brechungsindices n ₁, n ₂ und n ₃ der jeweiligen Schichten voneinander verschieden sind, so werden von den entsprechenden Lichtauskoppelgliedern 16, 18, 20 Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen austreten. So kann beispielsweise das Lichtauskoppelglied 16 eine für eine Beleuchtung notwendige Lichtkomponente L ₁, das Lichtauskoppelglied 18 eine Lichtkomponente L ₂ mit von der Lichtauskoppelschicht 18 b durch Reflexion separierte längerwellige Lichtanteil R und das Lichtauskoppelglied 20 eine Lichtkomponente L ₃ mit von den Lichtauskoppelschichten 20 b bzw. 20 c aufgefangenen längerwelligen Lichtanteil R sowie Ultraviolettlicht V liefern. Wenn die Lichtauskoppelglieder 16, 18 und 20 auf der einen Seite des Lichtleiters 12 angebracht sind, so ist es vorteilhaft, an dessen anderen Seite, an dem die Lichtauskoppelglieder 16, 18, 20 nicht vorhanden sind, einen Reflektor 22 in Form einer Reflexions- oder Spiegelschicht 22 aufzubringen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn an der der Lichteintrittsseite gegenüberliegenden Stirnseite des Lichtleiters 12 ein schichtförmiger Reflektor 24 angebracht wird.

Eine weitere Ausführungsform für die Lichtverteileranordnung, wobei allgemein linsenförmige Lichtauskoppelglieder zur Anwendung kommen, ist in Fig. 3 gezeigt. Ein Lichtauskopplungsglied 26 hat die Form einer konvexen Linse mit einem Brechungsindex n ₁, während ein Lichtauskoppelglied 28 die Form einer konkaven Linse mit dem gleichen Brechungsindex n ₁ hat. Somit wird das Licht vom Lichtauskoppelglied 26 konvergent, vom Lichtauskoppelglied 28 divergent abgestrahlt.

Bei Bedarf kann jedes Lichtauskoppelglied aus mehreren konvexen oder konkaven, mehrlagigen Linsen gebildet werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Dort umfaßt ein Lichtauskoppelglied 26′ einen doppellagigen Konvexlinsenaufbau aus zwei Linsen 26 a, 26 b mit unterschiedlichen Brechungsindices n ₁ bzw. n ₂. Gleicherweise umfaßt ein Lichtauskoppelglied 28′ einen doppellagigen Konkavlinsenaufbau aus zwei Linsen 28 a, 28 b mit den Brechungsindices n ₁ bzw. n ₂. Der mehrlagige Linsenaufbau mit unterschiedlichen Brechungsindices in der gezeigten Weise macht es möglich, Licht wellenlängenselektiv aus einem Lichtauskoppelglied abzustrahlen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist eine Lichtquelle 40, einen Lichtleiter 42 sowie eine Anzahl von auf dem Lichtleiter 42 angebrachten Lichtauskoppelglieder 44 auf. Der Brechungsindex n ₁ der Lichtauskoppelglieder 44 ist so gewählt, daß er größer ist als der Brechungsindex n ₀ des Lichtleiters 42.

Wenn Licht von der Lichtquelle 40 in den Lichtleiter 42 eintritt und sich in der durch einen Pfeil angegebenen Richtung fortpflanzt, so tritt es durch die jeweiligen Lichtauskoppelglieder 44 aus, um ein Objekt zu beleuchten. In diesem Fall ist die Lichtstromdichte in dem der Lichtquelle 40 nahegelegenen Bereich hoch, sie sinkt jedoch gegen die der Eintrittsseite gegenüberliegende Seite hin ab, wobei bei gleichmäßig dicken Lichtauskoppelgliedern 44 die Menge an von der Lichtverteileranordnung abgestrahltem Licht in dem von der Lichtquelle entfernt liegenden Bereich stark vermindert ist; dies verhindert eine gleichförmige Ausleuchtung. Im Hinblick darauf weist die Anordnung nach Fig. 6 Lichtauskoppelglieder 44 auf, die von der der Lichtquelle zunächstgelegenen bis zu dem am weitesten abgelegenen Lichtauskoppelglied 44 fortschreitend dünner sind. Eine solche Schichtdickenverminderung führt zu einer Abnahme der Absorption von Licht in dem Lichtauskoppelglied in Abhängigkeit vom Abstand zur Lichtquelle, wodurch eine gleichförmige Ausleuchtung eines bestimmten Objekts erhalten wird. Die Rückfläche und/oder die Stirnfläche des Lichtleiters 42 kann bzw. können als Reflektor 46, 48 in Form einer reflektierenden Spiegelfläche gebildet werden, um das am Lichtleiter 42 einfallende Licht noch wirksamer zu nutzen.

Bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Lichtauskoppelglieder 50 vorhanden, die im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 6 so angeordnet sind, daß der Zwischenraum zwischen ihnen in einem der Lichtquelle 40′ nahegelegenen Bereich am größten ist und zu einem von der Lichtquelle 40′ entfernt liegenden Bereich hin abnimmt, wobei die Lichtauskoppelglieder in ihrer Dicke einander gleich bleiben. Die mit einer Anordnung der Lichtauskoppelglieder 50 nach Fig. 6 und 7 erreichte Ausleuchtung ist genauso gleichförmig wie die in Fig. 5 erzielte Ausleuchtung.

Claims (14)

1. Lichtverteileranordnung zur gleichmäßigen Beleuchtung für Skalenscheiben, mit einem Lichtleiter, der das an einer Stirnseite eintretende Licht weiterleitet und an einzelnen Stellen quer zur Weiterleitungsrichtung austreten läßt, wobei auf einem Teil der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters (12, 42) mehrere lichtdurchlässige Lichtauskoppelglieder (14; 16, 18, 20; 26, 28; 26′, 28′; 44; 50) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Brechungsindex der Lichtauskoppelglieder größer als der Brechungsindex des Lichtleiters (12, 42) ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauskoppelglieder (14; 16, 18, 20; 26, 28; 26′, 28′; 44; 50) aus Epoxyharz gebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauskoppelglieder aus Silikonharz gebildet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauskoppelglieder flach sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Lichtauskoppelglied (26) die Gestalt einer konvexen Linse hat.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Lichtauskoppelglied (28) die Gestalt einer konkaven Linse hat.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Lichtauskoppelglied (16) einlagig ausgebildet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Lichtauskoppelglied (18, 20; 26′, 28′) aus einer Mehrzahl von unterschiedliche Brechungsindizes (n ₁, n ₂, n ₃) zueinander weisenden Schicht gebildet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Fläche des Lichtleiters (12, 42) ein Reflektor (22, 46) angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Reflektor (24, 48) an der der Lichteintrittsseite gegenüberliegenden Stirnseite des Lichtleiters (12, 42) angebracht ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauskoppelglieder (44) zueinander unterschiedliche Dicken aufweisen.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das der Lichteintrittsseite zunächstgelegene Lichtauskoppelglied (20, 28, 28′) die größte, und das zur Lichteintrittsseite am weitesten abgelegene Lichtauskoppelglied (16, 26, 26′) die geringste Dicke aufweist und daß die Dicke in dem dazwischenliegenden Bereich progressiv im umgekehrten Verhältnis zur Entfernung von der Lichteintrittsseite abnimmt.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lichtauskoppelglieder die gleiche Dicke aufweisen und daß sich ihr Abstand längs des Lichtleiters verändert.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Lichtauskoppelglieder in einem der Lichteintrittsseite nahegelegenen Bereich gering ist und im Verhältnis zum Abstand zwischen der Lichteintrittsseite und dem jeweiligen Lichtauskoppelglied anwächst.