Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem und
mehr im besonderen auf ein Beleuchtungssystem, das aus Sub
systemen gesammengesetzt ist, die jeweils eine Lichtquelle
großer Helligkeit benutzen, die mit Lichtleitfasern gekoppelt
ist, um das erwünschte Beleuchtungsmuster von einem Licht
streifen zu emittieren, der über ein Fahrzeug angeordnet ist,
wie einem Automobil, Lastwagen, Bus, Güterwagen, Traktor
oder Flugzeug.
Es ist bekannt, daß Lichtleitfasern benutzt werden können, um
die Abgabe einer Lichtquelle wirksam zu verschiedenen Orten
zu leiten, ohne daß dabei irgendwelche beträchtlichen Über
tragungsverluste auftreten. Das von den Lichtleitfasern ge
leitete Licht ist auf die relativ geringen Abmessungen der
Fasern selbst beschränkt und kann verschiedene Anwendungen
in beschränktem Raum in Automobilen und Flugzeugen oder ande
ren Fahrzeugen finden, die mit einer aerodynamischen Form
und Wirksamkeit versehen sind.
So muß z.B. die Formgebung bei Automobilen die Größe des
Vorderbereiches in Betracht ziehen, die erforderlich ist, um
die für ein Automobil erforderliche Vorwärtsbeleuchtung be
reitzustellen und sie muß diesen Bereich verkleinern, insbe
sondere dessen Höhe, um die aerodynamischen Anforderungen zu
erfüllen. In ähnlicher Weise ist es erwünscht, daß die frei
liegende Fläche des Automobils, die erforderlich ist, um
seine rückwärtige Beleuchtung zu bewerkstelligen, wie Brems-
und Schlußlicht, Nummernschildbeleuchtung und Rückfahrschein
werfer, vermindert wird, um die aerodynamische Formgebung zu
ermöglichen. Darüber hinaus ist es erwünscht, daß die Seiten
beleuchtung eines Fahrzeuges, wie die Seitenmarkierung mit
der aerodynamischen Formgebung in Übereinstimmung steht. Wei
ter ist die Innenbeleuchtung für ein Fahrzeug, wie des Hand
schuhfaches und die Innenraumbeleuchtung hinsichtlich der
Formgebung und der Wirksamkeit in Betracht zu ziehen. Der
Einsatz von Lichtleitfasern, die Licht innerhalb enger Gren
zen leiten, ist an diese aerodynamischen Betrachtungen anpaß
bar. Darüber hinaus sind Lichtleitfasern in vorteilhafter
weise anpaßbar, um die Gesamtbeleuchtungsanforderungen eines
Fahrzeuges zu schaffen.
Eine solche aerodynamische Betrachtung besteht darin, die
nach vorn gerichtete Beleuchtung durch Licht zu schaffen,
das an einem entfernten Ort erzeugt, mit Lichtleitfasern ge
koppelt und von einem relativ schmalen optischen Streifen
emittiert wird, der über dem Vorderbereich des Automobils
angeordnet ist. Einer der Hauptbereiche, der bei der wirksa
men Verwendung von Lichtleitfasern von Bedeutung ist, ist das
Koppeln einer ausreichenden Energiemenge von einer Licht
quelle in diese Lichtleitfasern, um die Anforderungen von
Automobil, Flugzeug oder einem anderen Fahrzeug zu erfüllen,
in denen diese Fasern benutzt werden. Das Koppeln einer
solchen Energie hängt ab von der Intensität der Lichtquelle,
der Größe der Lichtleitfasern und des Abstandes dazwischen.
Jeder dieser Parameter hat gewisse Begrenzungen, die die
Verwendung von Lichtleitfasern für Lichtsysteme für Fahrzeu
ge, Automobile oder Flugzeuge behindern. So kann z.B. die
nach vorn gerichtete Beleuchtung, die von einem Lichtstrei
fen emittiert wird, der sich über ein Automobil erstreckt,
eine Lichtquelle solcher Intensität erfordern, die verglichen
mit üblichen Scheinwerfern große Abmessungen hat, so daß
sie nicht in geeigneter Weise in einem Automobil untergebracht
werden kann. Darüber hinaus muß die Beleuchtung eine vorge
schriebene Menge und Verteilung aufweisen, um die Anforde
rungen hinsichtlich nach vorn gerichteter Beleuchtung und
Blendung bei einem Automobil zu erfüllen, was man möglicher
weise nicht mit einem über einem Fahrzeug, Automobil oder
Flugzeug angeordneten Streifen erfüllen kann. Es ist er
wünscht, diese Beschränkungen zu vermindern oder sogar zu be
seitigen und daß ein Beleuchtungssystem geschaffen wird, bei
dem ein wirksames Koppeln zwischen den Lichtleitfasern und
der Lichtquelle erfolgt. Weiter soll dieses Beleuchtungssystem
eine Beleuchtung schaffen, die die Anforderungen für Fahr
zeug, Automobil oder Flugzeug erfüllt oder übersteigt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Einrichtung zum wirksamen Koppeln zwischen Lichtleitfasern
und Lichtquelle eines Beleuchtungssystems zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung eines Beleuchtungssystems, das Lichtleitfasern
benutzt, die erwünschte Beleuchtungsmuster wirksamer Licht
menge und vorgeschriebener Muster schafft, die die Anforde
rungen von Automobil und Flugzeug erfüllen und übersteigen.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Beleuchtungs
system, das besonders geeignet ist im Zusammenhang mit aero
dynamischen Formgebungen von Fahrzeugen, Automobilen und
Flugzeugen, um eine Design-Flexibilität zu gestatten und ein
Gesamtbeleuchtungssystem für ein Fahrzeug, Automobil oder
Flugzeug zu schaffen.
Das Beleuchtungssystem schließt Subsysteme ein, die jeweils
eine Lichtquelle hoher Intensität umfassen, die selektiv mit
Energie versorgt werden kann sowie eine Vielzahl von licht
tragenden Elementen, vorzugsweise Lichtleitfasern, wobei je
weils ein Ende der Lichtleitfasern in vorbestimmter Weise mit
der Lichtquelle gekoppelt ist und das andere jeder der Licht
leitfasern vorzugsweise in vorbestimmter Weise in enger Nähe
zu jeweiligen reflektierenden Elementen angeordnet ist.
Jedes der reflektierenden Elemente ist mit einem Linsenele
ment zusammen angeordnet, das auf einer äußeren Oberfläche
eines Gerätes montiert werden kann. Die Linsenelemente lie
fern ein vorgeschriebenes Beleuchtungsmuster, wenn die
Lichtquelle aktiviert ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Subsystems werden
die Lichtleitfasern direkt zu ihren jeweiligen Linsenelemen
ten geführt und beseitigen somit die Notwendigkeit der re
flektierenden Elemente. In einer anderen Ausführungsform
werden die Lichtleitfasern in vorbestimmter Weise am Brenn
punkt ihrer jeweiligen Linsenelemente angeordnet.
Eine Ausführungsform des Beleuchtungssystems schließt zwei
Subsysteme ein, die jeweils eine Lichtquelle hoher Intensi
tät aufweisen, die jeweils mit einem Ende jeder einer ersten
und zweiten Vielzahl von Lichtleitfasern gekoppelt sind.
Das andere Ende jeder der ersten und zweiten Vielzahl von
Lichtleitfasern ist so angeordnet, daß eine Lichtleitfaser
der ersten Lichtquelle mit einer Lichtleitfaser der anderen
Lichtquelle angeordnet und beide sich in enger Nähe zu einem
reflektierenden Element befinden. Die reflektierenden Elemen
te, die in Beziehung stehen zur ersten und zweiten Vielzahl
von Fasern, sind mit Bezug auf eine erste Vielzahl von Lin
senelementen angeordnet, die über dem Vorderbereich eines
Automobils montiert ist. Die Vielzahl von reflektierenden
Elementen ist mit Bezug auf die Lichtleitfasern so angeord
net, daß das Licht von jeder der Lichtquellen hoher Inten
sität in die Linsenelemente geleitet wird, so daß bei selek
tiver Aktivierung einer oder beider Lichtquellen die Linsen
elemente das Abblend- oder Fernlicht eines Automobils lie
fern. Gemäß einer anderen Ausführungsform des Beleuchtungs
systems entwickeln zwei Subsysteme das Abblend- und Fern
licht ohne reflektierende Elemente.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung, die auf ein Be
leuchtungssystem bezogen ist, das für die Beleuch
tung eines Fahrzeuges in Fahrtrichtung sorgt,
Fig. 2 die Anordnung einer Vielzahl von Lichtleitfasern
mit Bezug auf den Glühfaden einer relativ kleinen
Lichtquelle hoher Intensität,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Parameter, die
sich auf die Übertragung des von einem Teil der
Lichtquelle hoher Intensität abgegebenen Lichtes
zu einer der in Fig. 1 veranschaulichten optischen
Linsen beziehen,
Fig. 4 das Dirigieren und Kombinieren der Beleuchtung von
einer ersten und einer zweiten Lichtquelle hoher
Intensität durch ein reflektierendes Element in
eine der in Fig. 1 gezeigten optischen Linsen,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungs
systems, das für die Beleuchtung eines Fahrzeugs
in Fahrtrichtung sorgt und eine Lichtquelle hoher
Intensität gekoppelt mit einer Vielzahl von Licht
leitfasern mittels eines elliptischen Reflektors
benutzt,
Fig. 6 das Dirigieren und Kombinieren der Beleuchtung von
einer ersten und einer zweiten Lichtquelle hoher
Intensität ohne Verwendung eines reflektierenden
Elementes in eine der optischen Linsen der Fig. 1
und
Fig. 7 den elliptischen Reflektor, der die Lichtstrahlen,
die von einer Quelle hoher Intensität emittiert
werden, in die Vielzahl von Lichtleitfasern fo
kussiert.
Fig. 1 veranschaulicht ein Untersystem 10, das in Beziehung
steht zum Gesamt-Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfin
dung. Das in Fig. 1 gezeigte Subsystem 10 für eine Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung, sorgt für die Beleuch
tung in Fahrtrichtung, die besonders geeignet ist für aero
dynamisch geformte Fahrzeuge, die Automobile oder Flugzeuge.
Das Subsystem 10 zusammen mit anderen Subsystemen des Be
leuchtungssystems der vorliegenden Erfindung schließt eine
Lichtquelle 12 hoher Intensität ein, die selektiv mit Energie
versehen werden kann sowie eine Vielzahl von lichttragenden
Elementen, wie Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N, von denen jeweils
ein Ende in vorbestimmter Weise mit der Lichtquelle 10 ge
koppelt ist, während das andere Ende der Lichtleitfasern der
Ausführungsform nach Fig. 1 vorzugsweise in vorbestimmter
Art in enger Nähe mit entsprechenden reflektierenden Elemen
ten 16 1 bis 16 N angeordnet ist. Die reflektierenden Elemente
16 1 bis 16 N sind vorzugsweise in vorteilhafter Art mit Be
zug auf die Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N anzuordnen, um jeg
liches Biegen der Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N zu vermindern
oder gar zu beseitigen, das die lichttragenden Fähigkeiten
der Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N nachteilig beeinflussen kann.
Der Einsatz reflektierender Elemente 16 1 bis 16 N sorgt für
eine größere Flexibilität hinsichtlich der Linienführung der
Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N innerhalb der Grenzen des Fahr
zeuges, Automobils und Flugzeugs.
Jedes der entsprechenden reflektierenden Elemente 16 1 bis 16 N
dirigiert Lichtstrahlen 18 1 bis 18 N in Linsenelemente 20 1 bis
20 N , die auf dem Vorderbereich eines Fahrzeuges, wie eines
Automobils oder Flugzeugs, montiert werden können. Die Linsen
elemente 20 1 bis 20 N haben eine kreisförmige Gestalt, wenn
sie von vorn aus betrachtet werden und sie erzeugen, wie noch
beschrieben wird, vorgeschriebene Beleuchtungsmuster, wenn
die Lichtquelle 12 selektiv aktiviert wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle hoher Intensität ist
ein rohrartiges Gerät mit einem Glühfaden 12 A , der über die
Anschlüsse 12 B und 12 C selektiv durch eine äußere Quelle mit
Energie versorgt werden kann. Die Lichtleitfasern 14 1 bis 14 15
sind jeweils mit einem ihrer Enden mit einer Seite der Quelle
12 hoher Intensität verbunden, während die optischen Fasern
14 16 bis 14 N mit einem ihrer Enden jeweils mit der anderen
Seite der Lichtquelle 12 hoher Intensität gekoppelt sind. Die
anderen Enden der Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N emittieren bei
Aktivierung der Lichtquelle 12 jeweils Licht, das auf die
reflektierenden Elemente 16 1 bis 16 N auftrifft.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, die jeweils dreißig Lichtleit
fasern 14, reflektierende Elemente 16 und Linsenelemente 20
umfaßt. Die Linsenelemente 20 sind in einer konturierten
Weise über die linke Seite des nicht dargestellten Vorderbe
reiches eines Fahrzeuges, wie eines Automobils, angeordnet
und erstrecken sich bis zur Mittellinie 22 des Fahrzeugs.
Das Fahrzeug bzw. Automobil weist eine komplimentäre Anord
nung des in Fig. 1 gezeigten Subsystems 10 auf der anderen
Seite der Mittellinie 22 auf, so daß zu beschreibende vorbe
stimmte Lichtmuster von einem relativ schmalen optischen
Streifen, der über den größten Teil der vorderen Oberfläche
des Automobils freiliegt, emittiert wird. Das vom Subsystem
der Fig. 1 entwickelte Licht dient als Abblendlicht eines
aerodynamisch geformten Automobils.
Die Entwicklung eines solchen Abblendlichtes kann unter Be
zugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden, die einen Abschnitt
der Kopplung der Lichtquelle 12 hoher Intensität mit einer
Vielzahl von Lichtleitfasern darstellt. Die Lichtquelle 12
hoher Intensität besteht vorzugsweise aus einem Rohr aus
Quarz mit einer relativ geringen Gesamtlänge von etwa 30 mm,
einem Halsteil mit einem Durchmesser von etwa 3 mm und einem
zentralen Abschnitt mit einem Außendurchmesser von etwa 4 mm.
Der Glühfaden 12 A der Lichtquelle hat einen Außendurchmesser
12 D von etwa 1,8 mm. Der mittlere Abschnitt des Glühfadens
12 A hat einen Abstand von den Außenwandungen der Lichtquelle
12, der mit 12 E bezeichnet ist und einen Wert von etwa 1,6 mm
hat. Die Lichtquelle 12 hat ein relativ großes Verhältnis von
Länge zu Durchmesser, wie 30 zu 4. Die Lichtquelle 12 mit
relativ geringen Abmessungen liefert bei ihrer selektiven
Aktivierung durch das Schaltsystem des Automobils eine Licht
abgabe hoher Intensität von etwa 2000 Lumen.
Die in Fig. 2 gezeigten Lichtleitfasern haben einen Durch
messer von etwa 1,5 mm und bestehen vorzugsweise aus einem
bei hoher Temperatur beständigen Material, wie Quarz oder
Glas, damit die Fasern in enge Nachbarschaft mit der im Be
trieb heißen Lichtquelle 12 gebracht werden können oder diese
sogar berühren (vgl. Fig. 2). Die Fasern von 1,5 mm Durch
messer sind in einer Linie so angeordnet, daß sie einander
sowie die Lichtquelle fast berühren, während sie sich etwa
25 mm längs jeder Seite der Lichtquelle erstrecken. Das ande
re Ende jeder der Glasleitfasern, wie das andere Ende der
Faser 14 1 (vgl. Fig. 3), ist in vorbestimmter Weise mit Be
zug auf ein reflektierendes Teil, wie 16 1 mit Bezug auf die
Faser 14 1 angeordnet. Die reflektierenden Teile, wie 16 1,
können eine aluminierte reflektierende Oberfläche und Abmes
sungen von 4 × 8 mm haben.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt oder Schnitt in der Vertikal
ebene des Glühfadens 12 A mit Bezug auf die Lichtleitfaser
14 1, wobei man nach unten in die Lichtquelle 12 hoher Inten
sität schaut. Die obengenannten Abmessungen 12 D und 12 E der
Quelle 12 sind in Fig. 3 als Durchmesser D 2 und Brennweite
f l 2 angegeben. Der Winkel, mit dem die vom Glühfaden 12 emit
tierten Lichtstrahlen in die Lichtleitfaser 14 in der verti
kalen Richtung eintreten, ist als R angegeben. Betrachtet man
die oben angegebenen Abmessungen (12 D =1,8 mm und 12 E =1,6 mm),
erhält man einen Winkel R von etwa 54°, doch kann dieser Win
kel R im Bereich von etwa 40° bis etwa 60° liegen. Es ist be
vorzugt, daß die Lichtleitfaser 14 1 bis 14 N relativ zum Glüh
faden angeordnet wird, der einen vorbestimmten Durchmesser
hat, so daß der Abstand zwischen den Lichtleitfasern und dem
Mittelteil des Glühfadens etwa gleich dem vorbestimmten Durch
messer des Glühfadens ist. Der Winkel R hat auch einen Wert,
daß die Lichtstrahlen aus der Lichtleitfaser 14 1 austreten
und auf das reflektierende Element 16 1 auftreffen. Weiter ist
der Winkel R auch der Winkel, der den Konus des Lichtes 18 1
bestimmt, das auf das damit in Beziehung stehende Linsenele
ment 20 1 gerichtet wird.
Der Winkel R ist auch repräsentativ für die f/Zahl des Lin
senelementes 20 1, die durch die Gleichung ausgedrückt werden
kann:
worin fl 1 die Brennweite des Linsenelementes 20 1 und D 1 der
Durchmesser des Linsenelementes 20 1 ist.
Die Linse 20 1 hat eine Brennweite fl vorzugsweise im Bereich
von 15 bis 30 mm. Das Linsenelement 20 1 kann eine asphäri
sche Linse sein, die die sphärische Aberration korrigiert.
Eine solche asphärische Linse ist besonders geeignet für
kleine f/Zahlen, wie 0,6 bis 1. Die Linse 20 1 kann auch eine
fresnel′sche Linse sein, die besonders geeignet ist für An
wendungen mit kleinen f/Zahlen. Sowohl die asphärische als
auch die fresnel′sche Linse kann aus Kunststoff hergestellt
sein, und sie wird vorzugsweise in einem zusammenhängenden
Streifen von 30 Linsen hergestellt, wobei jede solcher Lin
sen eine Länge und eine Breite von etwa 2,5 cm (entsprechend
1 Zoll) hat. Für die Ausführungsform der Fig. 1 ist der
Verbundstreifen der Linsen 20 1 bis 20 N so geformt, daß er
sich an die Gestalt des Vorderteiles eines Automobils oder
Flugzeugs anpaßt, und die Linsen sind so orientiert, daß
sie das Licht nach vorn richten. Der Verbundstreifen der
Linsen kann auf seiner äußeren Oberfläche auch einen klaren
flachen Kunststoff aufweisen, der an die äußeren Metall
oberflächen angepaßt ist und ein Fenster bildet, durch das
das vom Subsystem der Fig. 1 emittierte Licht hindurchgeht.
Das Koppeln des Lichtes von der Lichtquelle 12 hoher Inten
sität zu der Vielzahl von Lichtleitfasern 14 1 bis 14 N hängt
von der Größe oder Lumenabgabe der Lichtquelle, der Größe
der Faser und dem Abstand zwischen Faser und Lichtquelle ab.
Für eine kleine sphärische Lichtquelle und eine enge Licht
leitfaser variiert das gekoppelte Licht in Abhängigkeit vom
Quadrat des Abstandes zwischen Quelle und Fasern. Für die
Glühlichtquelle 12 mit einem großen Verhältnis von Länge zu
Durchmesser ist die Menge des von den Fasern gesammelten
Lichtes umgekehrt proportional zur ersten Potenz des Abstan
des zwischen Quelle und Fasern. Je dichter die Fasern daher
an den Glühfaden der Quelle gebracht werden können, umso
mehr Licht wird von den Fasern gesammelt. Dies wird durch
die vorliegende Erfindung dadurch erreicht, daß die Fasern
vorzugsweise in direkte Berührung mit den Außenwandungen
der Lichtquelle gebracht werden, wie in Fig. 2 gezeigt.
Der Winkel R, mit dem die Lichtstrahlen in die Lichtleitfa
sern 14 1 bis 14 N eintreten, beträgt, wie oben angegeben,
etwa 60°in der Vertikalrichtung. Dieser gleiche Winkel
gilt auch für das von den Fasern emittierte Licht und im
wesentlichen wird das gesamte emittierte Licht von den Lin
sen gesammelt und kollimiert. In der Horizontalebene
empfängt die Faser Licht von der ganzen Länge des Glühfa
dens. Dieses Licht geht verloren, wenn es aus den Fasern
austritt, da es nicht die reflektierenden Elemente 16 1 bis
16 N trifft und daher nicht zu den Linsen 20 1 bis 20 N gelei
tet wird sondern stattdessen in Ablenkblechen absorbiert
wird, die zwischen den Linsen 20 1 bis 20 N angeordnet sind.
Der durch die vorliegende Erfindung entwickelte Lichtstrahl,
der aus den Linsen austritt, hat, wie im folgenden unter
Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert, einen Gesamtwinkel
von etwa 3° bis etwa 6°, der vom Durchmesser der Faser und
der Brennweite der Linse abhängt. Für die in Fig. 3 gezeig
te Anordnung, die einen Strahl in Form eines Kreises von
3,4° erzeugt, ist das planare reflektierende Element 16 so
nahe als möglich an den Lichtleitfasern angeordnet und in
einem Winkel geneigt, um das Bild des Endes der Faser auf
der Achse der Linse in einem Abstand zu zentrieren, der
gleich der Brennweite f l 2 der Linse ist.
Für die mit Bezug auf Fig. 3 offenbarte Ausführungsform ist
die von jeder der Lichtleitfasern gesammelte Lichtmenge etwa
15 Lumen. Berücksichtigt man, daß mit der Lichtquelle 12,
wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, 30 Lichtleitfasern verbunden
sind, dann erhält man als Lumen-Abgabe gemäß der vorliegen
den Erfindung 30 × 15 = 450 Lumen, die, wenn sie mit dem
Licht der Einheit auf der anderen Seite gekoppelt wird, die
die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform hat, das erforder
liche Abblendlicht eines Automobils liefert.
Die Größe des Strahles, die durch den Brennpunkt von Licht
erzeugt wird, das von den Fasern emittiert, von dem jewei
ligen reflektierenden Element aufgenommen und auf die Linse
auftrifft und von dieser übertragen wird, sollte auch die
Parameter der Linse selbst in Betracht ziehen. Die Größe
des von einer Linse erzeugten Strahles, die eine Brennweite
von 25 mm hat, wobei das Licht von einer Lichtleitfaser
mit einem Durchmesser von 1,5 mm stammt, beträgt 1,5/25,
was gleich 0,06 Radien ist, was als 3,4 Grad ausgedrückt
werden kann. Jede der Kombinationen aus Lichtleitfaser und
Linse (14 1... 14 N und 20 1... 20 N ) erzeugt einen gleichmäßi
gen Lichtkreis mit einer gut definierten Kante, bei dem der
Winkel zwischen den Kanten 3,4° ist. Für eine Linse 20 mit
einer Brennweite von 20 mm mit Licht, das von einer 1,5 mm-
Faser emittiert ist, beträgt der erzeugte Winkel 4,3°.
Dies ist noch immer ein annehmbar kleiner Winkel für eine
Automobil-Anwendung. Das erwünschte Lichtmuster, das von
einer Vielzahl von Linsen 20 emittiert wird, erhält man
durch Überlappen der durch die Vielzahl von Linsen erzeugten
Lichtkreise. Wegen des scharf begrenzten Lichtkreises jeder
Linse hat das Gesamt-Lichtmuster einen minimalen Blendfaktor,
und da es wirklich kein unkontrolliertes Licht gibt, ist
die nach vorn gerichtete Beleuchtung des Automobils beson
ders gut geeignet für Abblendlicht beim Fahren in Nebel,
Regen oder Schnee.
Um sowohl das Abblend- als auch Fernlicht eines Automobils
bereitzustellen, können zwei Lampen hoher Intensität und
zwei Sätze aus Lichtleitfasern benutzt werden, wie sie unter
Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben werden. Fig. 4 zeigt
die Lichtleitfaser 14 1, die auch mit A bezeichnet ist und
in Beziehung steht zu der ersten Lichtquelle 12 sowie die
Lichtleitfaser 28 1, die auch mit B bezeichnet ist und die
eine der Vielzahl von Lichtleitfasern ist, von denen jeweils
ein Ende mit einer nicht dargestellten zweiten Lichtquelle
in einer Weise gekoppelt ist, wie sie unter Bezugnahme auf
die Fig. 2 und 3 mit Bezug auf die Lichtleitfasern 14 1...
14 N beschrieben ist. Jede der Lichtleitfasern A und B ist
in großer Nähe zueinander und in den Winkeln α und γ mit
Bezug auf die Mittellinie der Linse 20 1 angeordnet. Das
reflektierende Element 30 ist ein aus Kunststoff hergestell
tes 90°-Prisma, in dem eine totale innere Reflektion statt
findet, um das Licht abzulenken.
Die Lichtleitfaser A ist in einem Winkel mit Bezug auf die
Mittellinie angeordnet, der etwa 3 bis 5° beträgt. Die
Lichtleitfaser B ist auf der optischen Achse angeordnet.
Die von der Lichtleitfaser A emittierten Lichtstrahlen, die
auf das Element 30 auftreffen und von diesem reflektiert
und zu der Line 20 1 geleitet werden, sind als A bezeichnet,
während ähnliche Strahlen, die sich auf die Lichtleitfaser
B beziehen, mit B bezeichnet sind. Die Lichtstrahlen A, die
durch die Linse 20 1 übertragen werden, verlaufen parallel
zueinander und in ähnlicher Weise verlaufen die Lichtstrah
len B, die durch die Linse 20 1 übertragen werden, parallel
zueinander. Die Lichtleitfaser B ist auf der Achse angeord
net, d.h. γ ist gleich 90° mit Bezug auf die Linse 20 1,
um direktes Licht zu schaffen, das von der Linse 20 1 über
tragen wird. Die Lichtleitfaser A liegt in einem Winkel
von etwa 3° bis 5° außerhalb der Achse, um Licht zu schaf
fen, das durch die Linse 20 1 übertragen und zur linken und
oberhalb der Lichtstrahlen B verschoben ist. Die Lichtstrah
len B liefern das Abblendlicht des Automobils, während die
Lichtstrahlen A das Fernlicht des Automobils liefern.
Der Betrieb der Anordnung nach Fig. 4 erzeugt ein richti
ges Lichtstrahlenmuster sowohl für das Fern- als auch das
Abblendlicht des Automobils. Die Zentren der beiden Muster,
die jeweils durch die Lichtquellen hoher Intensität erzeugt
werden, die in Beziehung stehen zu den beiden Vielzahlen
von Lichtleitfasern 14 1... 14 N sowie 28 1... 28 N sind auf
eine Trennung von etwa 3° bis etwa 5° begrenzt, wenn die
Enden der Fasern nahe zueinander mit Bezug auf die jeweili
gen reflektierenden Elemente angeordnet werden. Da die bei
den Strahlen von separaten Lichtquellen entwickelt werden,
können beide Strahlen bei richtiger Auswahl des Schaltsystems
des Automobils separat oder zusammen benutzt werden, um das
Fernlicht für Fahrzeuge, Automobile und Flugzeuge zu schaf
fen. Wenn erwünscht, kann ein Lichtfiltern, z.B. zwischen
dem reflektierenden Element und der Linse erfolgen, um eine
gewisse Farbe, wie gelb im Fernlicht zu entwickeln, das in
einigen Ländern, wie Frankreich benutzt wird. Dieses Licht
filtern kann auch für das Abblendlicht benutzt werden.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von
einem Beleuchtungs-Subsystem 40 ist in Fig. 5 gezeigt und
umfaßt eine Vielzahl von Linsen 20 1...20 N , die in einer
konturierten Weise auf jeder Seite des Automobils so ange
ordnet sind, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Das
Subsystem 40 der Fig. 5 unterscheidet sich vom Subsystem
10 der Fig. 1, da es keine reflektierenden Elemente hat,
sondern den direkten Zugang des von den Lichtleitfasern
14 1... 14 N und 28 1... 28 N abgegebenen Lichtes 18 1... 18 N
zu den Linsenelementen 20 1... 20 N gestattet. Weiter wird
das zu den Lichtleitfasern 14 1... 14 N gekoppelte Licht,
das in Beziehung steht zum Abblendlicht, durch eine erste
Lichtquelle 42 hoher Intensität erzeugt, die in einer Aus
führungsform an einem Brennpunkt eines elliptischen Re
flektors 44 in einer Weise angeordnet ist, wie sie unter
Bezugnahme auf Fig. 7 noch beschrieben wird. Das zu den
Lichtleitfasern 28 1... 28 N gekoppelte Licht, das in Be
ziehung steht zum Fernlicht, wird durch eine zweite nicht
dargestellte Lichtquelle hoher Intensität in einer Weise
erzeugt, die ähnlich der des elliptischen Reflektors 44
ist. Die Art, in der Licht, das durch die Lichtleitfasern
14 1... 14 N und 28 1... 28 N emittiert wird, durch die Linsen
elemente 20 1... 20 N kombiniert und kollimiert wird, kann
unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden.
Fig. 6 zeigt in ähnlicher Weise wie Fig. 4 die Lichtleit
fasern 14 1 und 28 1, die längs der Linse 20 1 und in einem
Abstand gleich deren Brennweite f l 2 angeordnet sind. Fig.
6 zeigt auch den zentralen Abschnitt der Lichtleitfaser
28 1 (B), der in Beziehung steht zum Fernlicht, als auf der
Achse des Linsenelementes 20 1 angeordnet, während der zen
trale Abschnitt der Lichtleitfaser 14 1 (A) außerhalb der
Achse des Linsenelementes 20 1 um einen Winkel angeordnet
ist, der einen typischen Wert von etwa 3° bis etwa 5° hat.
Weiter sind die in Fig. 6 gezeigten Lichtstrahlen, die von
der Lichtleitfaser 14 1 emittiert und durch die Linse 20 1
kollimiert sind, mit A bezeichnet und sie verlaufen parallel
zueinander. In ähnlicher Weise sind die Lichtstrahlen, die
von der Lichtleitfaser 28 1 emittiert und von der Linse 20 1
kollimiert sind, mit B bezeichnet und auch diese verlaufen
parallel zueinander. Der Betrieb der Anordnung nach Fig. 6
entwickelt separat oder zusammen Lichtstrahlmuster, die um
einen Winkel voneinander getrennt sind, der auf etwa einen
Wert von 3,4° beschränkt ist, um für das Abblend- und Fern
licht des Fahrzeuges, Automobils oder Flugzeugs, das die
vorliegende Erfindung anwendet, in einer ähnlichen Weise
zu sorgen, wie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
Die Anordnung der ersten Lichtquelle 42 hoher Intensität
an einem Brennpunkt des elliptischen Reflektors 44, die in
Beziehung steht zu einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, wobei diese Lichtquelle mit Lichtleitfasern
14 1... 14 N gekoppelt ist und die Kopplung der zweiten nicht
dargestellten Lichtquelle hoher Intensität mit den Licht
leitfasern 28 1... 28 N kann unter Bezugnahme auf Fig. 7 be
schrieben werden. Die freien Flächen der Vielzahl von Fa
sern 14 1... 14 N sowie auch die Flächen der nicht darge
stellten Fasern 28 1... 28 N sind am zweiten Brennpunkt des
elliptischen Reflektors 44 angeordnet. Die Lichtquelle 42
hoher Intensität kann eine Glühlampe sein, wie sie oben
unter Bezugnahme auf die Lichtquelle 12 erläutert wurde
oder es kann eine Entladungslampe sein, die voneinander
separat angeordnete Elektroden aufweist und zusammen mit
einer Gasfüllung einen metallischen oder Metallhalogenid-
Bestandteil enthält. Die Entladungslampe 42 hat vorzugs
weise eine Lichtabgabe von 2000 Lumen. Die Entladungslampe
42 ist vorzugsweise eine Miniaturlampe, wie sie in der
US-PS 41 61 672 beschrieben ist. Hinsichtlich weiterer Ein
zelheiten dieser Miniaturlampe wird auf die genannte US-PS
verwiesen. Der elliptische Reflektor 44 ist vorzugsweise
von der Art, wie er in der US-PS 40 21 659 beschrieben ist.
Hinsichtlich weiterer Einzelheiten des Reflektors wird auf
diese zuletzt genannte US-PS verwiesen.
Beim Betrieb der Anordnung nach Fig. 7 verursacht die Anord
nung des zentralen Abschnittes der Lichtquelle 42 an einem
Brennpunkt 48 des Reflektors 44 und die Anordnung des Bün
dels von Lichtleitfasern am anderen Brennpunkt des Reflek
tors 44, das bei weitem der größte Teil der Lichtstrahlen,
wie der Strahlen 52 und 54, die von der Lichtquelle 42 emit
tiert werden, vom Reflektor 44 aufgefangen und reflektiert
wird, um in die freien Flächen der Vielzahl von Lichtleit
fasern 14 1... 14 N in einem erwünschten Winkel R von etwa
54° einzutreten, wobei der Bereich zwischen etwa 40° und
etwa 60° liegt, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 er
läutert. Der Betrieb der Anordnung nach Fig. 6 ist inso
fern vorteilhaft, als er die Notwendigkeit beseitigt, die
Lichtleitfasern in große Nähe mit der Lichtquelle 42 zu
bringen, während man gleichzeitig ein ausreichendes Koppeln
der Lichtquelle 42 zu den Lichtleitfasern hat, um das er
wünschte Abblend- und Fernlicht des Automobils oder Flug
zeugs in einer Weise zu schaffen, wie in Bezug auf die Fi
guren 4 und 6 beschrieben. Die Möglichkeit, die Lichtquelle
42 entfernt von den Lichtleitfasern 14 1... 14 N anzuordnen
gestattet auch Flexibilität bei der Lokalisierung und Füh
rung der Lichtleitfasern innerhalb des Gehäuses, wie von
einem Automobil oder Flugzeug, um irgendein Biegen der
Lichtleitfasern zu minimieren oder ganz zu beseitigen und
dadurch die Notwendigkeit zu beseitigen, reflektierende
Elemente 16 1...16 N zu benutzen, wie sie unter Bezugnahme
auf Fig. 1 beschrieben sind. Die Anordnungen der Ausfüh
rungsformen der Fig. 5 und 1 ergeben die Subsysteme 40
und 10, die besonders geeignet sind für aerodynamisch ge
formte Fahrzeuge, Automobile oder Flugzeuge. Die Durchfüh
rung der vorliegenden Erfindung ergibt ein Mittel zum Kop
peln einer ausreichenden Menge Licht von einer Lichtquelle
zu Lichtleitfasern, um für die Gesamt-Beleuchtungsanforde
rungen aerodynamisch geformter Fahrzeuge, Automobile und
Flugzeuge zu sorgen. Die durch die vorliegende Erfindung
geschaffene Beleuchtung ergibt mehr als die Anforderungen
für das Abblend- und Fernlicht von aerodynamisch geformten
Automobilen.
Es können ein oder mehrere der Subsysteme 40 oder 10 mit
einander verbunden werden, um ein Gesamt-Beleuchtungs
system für verschiedene Anwendungen zu schaffen, die Anwen
dung finden bei aerodynamisch geformten Fahrzeugen, Automo
bilen und Flugzeugen. Bei einem solchen Beleuchtungssystem
kann die Lichtquelle hoher Intensität mit Energie versorgt
werden, um die Beleuchtungsanforderungen für irgendeine be
sondere Anwendung zu erfüllen. Die Linsen des Subsystems
können so angeordnet und gerichtet werden, daß sie Licht in
einem erwünschten Strahlenmuster und mit einer besonderen
Intensität emittieren. So kann das Subsystem der vorliegen
den Erfindung benutzt werden, um für die rückwärtige Be
leuchtung eines Fahrzeuges zu sorgen, wie für Brems- und
Rücklicht, zur Beleuchtung des Nummernschildes und als Rück
fahrscheinwerfer. Für einen solchen Einsatz wird die Licht
quelle selektiv durch das Schalt-Subsystem des Automobils
aktiviert und die Linsenteile sind geeigneterweise auf den
erwünschten rückwärtigen Teilen des Automobils montiert.
Für die rückwärtige Beleuchtung ist nur eine Lichtleitfaser
für jede Lichtquelle erforderlich, um das Licht zu dem ge
eigneten Linsenelement zu leiten. Das Subsystem der vorlie
genden Erfindung kann auch Anwendung finden, um die Anfor
derungen an die Beleuchtung im Inneren eines Fahrzeuges zu
erfüllen, wie die Beleuchtung des Innenraums und Handschuh
faches. In ähnlicher Weise sorgt die vorliegende Erfindung
für andere Beleuchtungsanforderungen von Fahrzeugen oder
Flugzeugen, wie für Landescheinwerfer und Begrenzungslicht,
in Flugzeugen mit dünnen Flügeln. Die Durchführung der vor
liegenden Erfindung kann auch die erwünschte Beleuchtung für
Zeichen- und andere Beleuchtungsanwendungen ergeben.
Die Durchführung der vorliegenden Erfindung kann alle Be
leuchtungsanforderungen von Fahrzeugen, Automobilen oder
Flugzeugen erfüllen. Die Erfindung umfaßt die Anordnung von
ein oder mehreren Lichtquellen hoher Intensität innerhalb
des Fahrzeuges, Automobils oder Flugzeugs und das Verteilen
von deren Licht mittels Lichtleitfasern, zu geeignet ange
ordneten Linsenelementen. Die Aktivierung einer oder mehre
rer Lichtquellen hoher Intensität zusammen mit dem Linsen
element kann durch geeignetes Schalten des Fahrzeugs, Auto
mobils oder Flugzeugs erfolgen, indem die Erfindung Anwen
dung findet.
Obwohl die auf Fig. 1 bezogene obige Beschreibung ein re
flektierendes Element zum Dirigieren des Lichtes von einer
Lichtleitfaser in Linsenelemente, die in einem Gehäuse ange
ordnet waren, einschloß, sollte klar sein, daß die vorlie
gende Erfindung auch umfaßt, daß die mit Bezug auf Fig. 1
erläuterten Lichtleitfasern direkt zu den Linsenelementen
geführt werden können, so daß die reflektierenden Elemente,
die in Fig. 1 gezeigt sind, nicht mehr erforderlich sind.
Weiter sollte erkannt werden, daß die Lichtleitfasern direkt
zu einem geeigneten Gehäuse geführt werden können, so daß
sowohl die reflektierenden als auch die Linsenelemente nicht
mehr erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Einrichtung zum Er
zeugen kontrollierter Lichtmuster, die von einer oder meh
reren Lichtquellen hoher Intensität stammen, die wirksam
mit einem Ende einer Vielzahl von Lichtleitfasern gekoppelt
sind, die entweder in enge Nachbarschaft mit der Lichtquelle
gebracht werden können oder man kann die Fasern entfernt
von der Lichtquelle anordnen, indem man eine Einrichtung,
wie einen fokussierenden elliptischen Reflektor benutzt.
Die anderen Enden der Fasern dienen dann als sekundäre
Lichtquelle für die optischen Systeme, die andere Einrich
tungen aufweisen, um die Lichtstrahlen von der Lichtquelle
in ein oder mehrere erwünschte Lichtmuster zu kombinieren
und kollimieren, um die Anforderungen der aerodynamisch ge
formten Fahrzeuge, Automobile oder Flugzeuge zu erfüllen.