DE3871638T2

DE3871638T2 - Oberflaechenbeleuchtungsvorrichtung mittels lichtleiter.

Info

Publication number: DE3871638T2
Application number: DE8888201521T
Authority: DE
Inventors: Bob Mouissie Bob Mouissie
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2008-07-15
Also published as: EP0301637B1; DE3871638D1; HK70992A; US4845596A; AU595770B2; JPS6457206A; KR890002602A; EP0301637A1; AU2016388A; NL8701794A; SG74492G; CA1286271C; ATE76954T1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer gleichmäßigen Ausleuchtung einer Oberfläche, welche mehrere, parallele Lichtleiter aufweist, welche oberhalb einer optisch reflektierenden Fläche angeordnet sind und deren reflektierender, äußerer Mantel örtlich wenigstens derart entfernt ist, daß das hierdurch aus dem Lichtleiter austretende Licht durch die reflektierende Fläche auf die zu beleuchtende Oberfläche reflektiert wird.
Eine Beleuchtungsvorrichtung dieser Bauart ist aus US-PS 3,718,814 bekannt und kann zur Hintergrundsausleuchtung von flachen Informationsanzeigeeinheiten, wie Flüssigkristall-Anzeigetafeln, Texttafeln, Instrumentenfeldern, usw. eingesetzt werden.
Die am weitesten verbreiteten Beleuchtungsvorrichtungen, welche bisher eingesetzt wurden, umfassen ausgedehnte Reflektoren (Spiegel) mit einer Lichtquelle an ihrem Brennpunkt. Ein flacher, länglicher Gegenstand wird im allgemeinen gleichmäßig unter Verwendung einer linearen Lichtquelle und eines länglichen (parabolischen) Reflektors ausgeleuchtet. Um eine möglichst gleichmäßige Oberflächenausleuchtung zu erzielen, muß im allgemeinen ein Streuschirm, welcher beispielsweise aus Mattglas hergestellt ist, im allgemeinen in passender Weise zwischen dem Reflektor und der auszuleuchtenden Oberfläche angeordnet werden. Eine starke Lichtquelle muß häufig eingesetzt werden, um die Minimalanforderungen hinsichtlich der geforderten Beleuchtungsstärke einhalten zu können. In der Praxis werden auch häufig optisch transparente Kunstoffprismen an Stelle der Reflektoren eingesetz.
Die geometrischen Abmessungen diese Vorrichtungen sind jedoch derart, daß sie relativ tief und schwer sind, wodurch sie zum Einsatz ungeeignet sind, wenn eine Platzersparnis wesentlich ist, wie z.B. bei Flugzeugen, Fahrzeugen, Meßinstrumenten, Geräten für die Unterhaltungselektronik usw. Die relativ starke Lichtquelle bedeutet auch, daß sie nicht sehr geeignet bei Anwendungsfällen mit dem Erfordernis der Energieeinsparung beispielsweise bei Raumfahrzeugen, tragbaren Einrichtungen usw. sind.
Jüngste Entwicklungen auf dem Gebiet von elektro-lumineszierenden Ausleuchtelementen, bei denen Licht mittels einer Kristallstruktur unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes emittiert wird, eröffnen auch Möglichkeiten zur Erzielung einer gleichmäßigen Flächenausleuchtung. Große Flächen können mit diesen relativ dünnen Elementen ausgeleuchtet werden. Die geringe Wärmeerzeugung bedeutet, daß diese insbesondere bei Anwendungsfällen geeignet sind, bei denen Infrarotlicht unerwünscht ist, wie z.B. bei Nachtsichteinrichtungen. Da jedoch die Lichtstärke dieser Elemente von der Amplitude und der Frequenz der Versorgungsspannung abhängig ist, ist eine gesonderte, elektronisch gesteuerte Versorgungseinrichtung erforderlich, welche u.a. im Hinblick auf Anwendungsfälle mit Energiespareffekt oder Anlagen mit nur wenig zusätzlich zur Verfügung stehendem Installationsraum nachteilig sein kann.
Die Oberflächen-Beleuchtungsvorrichtungen, welche Lichtleiter umfassen und die im einleitenden Teil aufgeführt sind, eröffnen ausgezeichnete Möglichkeiten zur Überwindung dieser Schwierigkeiten im Hinblick auf den Einsatz von Lichtquellen mit hoher Leistung, einem zusätzlich benötigten Einbauraum oder elektronisch gesteuerten Versorgungsschaltungen.
Das licht kann in die Leiter einer Endfläche derselben unter Verwendung einer einfachen Lichtquelle, beispielsweise einer Glühbirne, eingebracht werden. Das auftreffende Licht breitet sich im Kern des Lichtleiters mittels Totalreflexion am äußeren Mantel aus. In Abhängigkeit von dem Winkel, unter dem das Licht auftrifft, breitet sich ein Teil desselben auch im äußeren Mantel aus.
Wenn der äußere Mantel nunmehr örtlich entfernt wird, tritt ein Teil des Lichts der Lichtleiter an diesen Stellen aus. Wenn dieses austretende Licht dann an einer ebenen reflexktierenden Fläche reflektiert wird, ist es möglich, unter Einsatz mehrerer, beispielsweise paralleler Lichtleiter - welche in einem gewissen Abstand von der reflektierenden Fläche liegen - eine mehr oder weniger gleichmäßige Ausleuchtung der auszuleuchtenden Oberfläche, beispielsweise der Rückseite einer Flüssigkristall-Anzeigeplatte unabhängig von den Abmessungen der auszuleuchtenden Oberfläche zu erzielen.
Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Bauart werden relativ billige Lichtleiter, welche an sich effizient sind, und einen Kern und einen äußeren Mantel aus Kunststoff haben, eingesetzt. Der reflektierende äußere Mantel der Lichtleiter wird örtlich auf eine unkontrollierte Weise durch thermische Verformung oder durch teilweises Abschmelzen unterbrochen. Die Leiter werden sehr nahe zueinander angeordnet und sind beispielsweise miteinander verbunden und sie sind direkt passend zu der reflektierenden Fläche vorgesehen. Das Licht trifft von einer Glühbirne auf.
Die bekannten Vorrichtungen haben eine Anzahl von charakteristischen Nachteilen. Auf Grund der Tatsache, daß die Lichtleiter über der reflektierenden Fläche gegeneinander gelegt werden, muß das reflektierte Licht sich in einer radialen Richtung durch die Lichtleiter zur auszuleuchtenden Oberfläche ausbreiten, was natürlich mit zusätzlichen Verlusten begleitet ist. Wenn man die Führungen direkt passend auf die reflektierenden Flächeneinrichtungen setzt, hat das austretende und reflektierte Licht keine ausreichende Möglichkeit, um schießlich die auszuleuchtende Oberfläche zu erreichen. Ein Teil desselben wird wiederum in dem Lichtleiter selbst durch den äußeren Mantel absorbiert, welcher nach wie vor in starkem Maße ununterbrochen ist. Die örtlich unkontrollierte Deformation des äußeren Mantels bedeutet auch, daß die optimale Reflexion des gesamten aus den Lichtleitern austretenden Lichts nicht auftritt.
Da die Lichtleiter insgesamt aus Kunststoff bestehen, ist ein Ausgleich für die vorstehend genannten Verluste durch eine Erhöhung der Glühbirnenleistung begrenzt, was auf die maximal zulässige Oberflächentemperatur der Glühbirne zurückzuführen ist, welche niedriger als die Schmelztemperatur der Lichtleiter sein muß. Um dann die Abgabeleistung zu erhöhen, müßten Lichtleiter mit größeren Querschnittsabmessungen genommen werden. Das in radialer Richtung durch die Lichtleiter zu der auszuleuchtenden Oberfläche sich ausbreitende und reflektierte Licht wird jedoch infolge dieses größeren Querschnitts zusätzlich geschwächt.
Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten eine Oberflächen-Beleuchtungsvorrichtung mit Hilfe von Lichtleitern der im einleitenden Teil genannten Art bereitzustellen, bei der nach der Erfindung der äußere Mantel der Lichtleiter in Längsrichtung der Lichtleiter über einen Teil des Umfangs entfernt ist, welcher der reflektierenden Fläche gegenüberliegt, und daß der Mittenabstand zwischen benachbarten Lichtleitern gleich oder größer als das Zweifache des Außendurchmessers eines Lichtleiters ist, so daß das durch die reflektierende Fläche reflektierte Licht die zu beleuchtende Oberfläche auf der anderen Seite der Lichtleiter über den Raum zwischen den Lichtleitern erreichen kann.
Auf Grund der Tatsache, daß die benachbarten Lichtleiter relativ zueinander um einen gewissen Abstand versetzt sind, ist ausreichend Raum für das durch die reflektierende Fläche reflektierte Licht vorhanden, um virtuell ungeschwächt die auszuleuchtende Oberfläche zu erreichen.
Da die Lichtleiter nach der Erfindung in einem Abstand oberhalb der reflektierenden Fläche angeordnet sind, wird hierdurch in effektiver Weise verhindert, daß reflektiertes Licht wiederum durch den äußeren Mantel in den Lichtleitern absorbiert wird. Nach der Erfindung ist es zu diesem Zweck möglich, wenigstens eine erste Schicht aus virtuell optisch transparentem Material zwischen den Lichtleitern und der reflektierenden Fläche vorzusehen. Somit kann wenigstens eine Schicht zweckmäßigerweise eine Klebstoffschicht sein, mittels der die Lichtführungen haftend mit der reflektierenden Fläche verbunden werden.
Um auch effektiv zu verhindern, daß reflektiertes Licht wiederum in den Lichtleitern absorbiert wird, zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der Lichtleiter nach der Erfindung dadurch aus, daß die Dicke des äußeren Mantels allmählich in Umfangsrichtung in Richtung auf dem Teil des Lichtleiters abnimmt, an dem der Mantel entfernt ist.
Wenn die Lichtleiter-Lichtführungen in direktem Kontakt mit der auszuleuchtenden Oberfläche sind, kann eine lineare Lichtstärkereduzierung an den Kontaktstellen mit den Lichtleitern in Abhängigkeit von dem Aufbau und den Lichteigenschaften der auszuleuchtenden Oberfläche auftreten. Unabhängig von den Eigenschaften der auszuleuchtenden Oberfläche läßt sich diese unerwünschte Erscheinung auf effektive Weise dadurch verhindern, daß die auszuleuchtende Oberfläche in einem Abstand von den Lichtleitern angeordnet wird. Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung zeichnet sich hierzu dadurch aus, daß wenigstens eine zweite Schicht aus virtuell optisch transparentem Material zwischen den Lichtleitern und der auszuleuchtenden Oberfläche vorgesehen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung kann diese zweite Schicht eine Klebstoffschicht sein, mittels der die Lichtleiter haftend mit der auszuleuchtenden Oberfläche verbunden werden.
Insbesondere im Falle von länglichen, auszuleuchtenden Oberflächen müssen die Verluste in Längsrichtung eines Lichtleiters begrenzt bleiben, um eine möglichst gleichmässige Ausleuchtung der Oberfläche zu erzielen. Dank des Umstandes, daß bei der Erfindung Lichtleiter mit einem Glaskern und einem harten äußeren Mantel eingesetzt werden, welche weniger Lichtverlust und bessere optische Eigenschaften als Lichtleiter mit einem Kunststoffkern haben, läßt sich eine äußerst gleichmäßige Lichtabgabeleistung erzielen. Da die Lichtleiter aus Glas höheren Temperaturen als Lichtleiter aus Kunststoff standhalten können, läßt sich auch eine Lichtquelle (Glühbirne) mit größerer Leistung einsetzen.
Bei Vorrichtungen, bei denen Licht nur an einem Ende der Lichtleiter auftrifft, treten relativ große Lichtverluste infolge der Tatsache auf, daß das Licht an dem nicht beleuchteten Ende der Lichtleiter ohne Reflexion von der reflektierenden Fläche austreten kann. Eine geeignete Weise zum Verhindern dieses unerwünschten Lichtverlustes ist darin zu sehen, daß das Licht an beiden Enden eines Lichtleiters auftrifft. Wenn ein und dieselbe Lichtquelle hierzu eingesetzt wird und die Lichtleiter zur Lichtquelle unter Umgehung der reflektierenden Fläche zurück verlaufen, erhält man als Ergebnis, daß ein Großteil der Länge der Lichtleiter nicht zur Oberflächenausleuchtung beiträgt. Da in großen Bereichen der gesamten Längserstreckung der eingesetzten Lichtleiter beträchtliche Werte erzielt werden können, handelt es sich hierbei nicht um eine zweckmäßige Lösung aus wirtschaftlichen Gründen. Um die geforderte Länge des Lichtleiters soweit wie möglich zum Zwecke der Ausleuchtung zu nutzen, zeichnet sich hierzu eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung dadurch aus, daß die Lichtleiter an der reflektierenden Fläche vorbeigehend gebogen sind und zu der Lichtquelle über die reflektierende Fläche zurückgehen. Sie nehmen vorzugsweise die gleiche Position in Relation zueinander in den beiden Hälften der Vorrichtung unterteilt durch die Mittelachse in Längsrichtung der Lichtleiter ein und sie ragen mit ihren Enden auf ein und derselben Seite der reflektierenden Fläche an der Stelle vor, an der die anderen Enden eintreten.
Da die Enden der Lichtleiter nur über eine relativ kurze Wegstrecke über die reflektierende Fläche vorzustehen brauchen, so daß sie zum Auftreffen des Lichtes von einer gemeinsamen Lichtquelle gebündelt werden können, ergibt sich in deutlicher Weise, daß bei dieser bevorzugten Ausführungsform nur ein kleiner Prozentsatz der Gesamtlänge des Lichtleiters nicht tatsächlich effektiv zur Ausleuchtung der Oberfläche beiträgt.
Bei dieser Auslegungsform ist der "abgehende" und der "eintretende" Teil eines Lichtleiters bei allen Lichtleitern gleich der Hälfte der Abmessung der auszuleuchtenden Oberfläche rechtwinklig zu den Lichtleitern. Bei Flächen mit insbesondere großen Breitenabmessungen ist ein Vorteil darin zu sehen, daß virtuell keine zusätzliche Lichtleiterlänge erforderlich ist, um die Lichtleiter über einen ausreichend breiten Bogen hinweg auszulenken. Dies ist sowohl im Hinblick der Einhaltung der optischen Eigenschaften der Lichtleiter als auch zur Begrenzung der Materialbeanspruchungen, welche in diesen infolge des Biegens verursacht werden, wichtig.
Wenn die Beleuchtungsvorrichtung Schwingungen oder Stoßbelastungen ausgesetzt ist, können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung der Lichtleiter und die reflektierende Fläche in einem Gehäuse aus virtuell optisch transparentem Material eingebettet sein. Auf diese Weise lassen sich die vorstehend angegebenen Abstände zwischen dem Lichtleiter der reflektierenden Fläche und zwischen den Lichtleitern und der auszuleuchtenden Oberfläche einhalten und aufrechterhalten.
Die Erfindung wird nachstehend näher an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines bei der Erfindung eingesetzten Lichtleiters mit reflektierenden und austretenden Lichtstrahlen, welche in gebrochenen Linien dargestellt sind;
Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht des Lichtleiters von Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung, welche nach der Erfindung ausgelegt ist, wobei die austretenden und reflektierten Lichtstrahlen in gebrochenen Linien dargestellt sind;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Oberflächenbeleuchtungsvorrichtung nach der Erfindung, welche nach Maßgabe von Fig. 3 ausgelegt ist;
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung nach Fig. 3 in vergrößertem Maßstab; und
Fig. 6 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform für die Anordnung von Lichtleitern nach der Erfindung.
Bei dem Lichtleiter 1, welcher in Fig. 1 gezeigt ist,ist der äußere Mantel 3 um den lichtleitenden Kern 4 angeordnet und in Längsrichtung an einem Teil des Umfanges, welcher mit 4 bezeichnet ist, entfernt. Der Brechungsindex n1 des Kerns 2 hat einen größeren Wert als der Brechungsindex n2 des äußeren Mantels 3. In der Glasfasertechnologie ist dies bekannt als sogenanntes "Stufenindex"- Profil.
Lichtstrahlen, welche innerhalb eines gewissen maximal zulässigen Winkels von der Mittellinie des Lichtleiters auf den Kern auftreffen, beispielsweise der Lichtstrahl 5, wird vollständig an der Grenzfläche zwischen dem Kern und dem äußeren Mantel, welcher in der Zeichnung mit 6 und 6' bezeichnet ist, reflektiert, und das Licht breitet sich ferner im Kern des Lichtleiters aus. Ein Maß für diesen maximal zulässigen Winkel ist in der Glasfasertechnologie durch die sogenannte numerische Apertur (NA) gegeben, welche durch die Brechungsindices des Kerns und des äußeren Mantels bestimmt ist. Je größer NA ist, desto mehr Licht kann auf den Lichtleiter treffen und kann sich durch Reflektieren im Kern der Faser ausbreiten. Lichtstrahlen, welche auf der Außenseite von NA auftreffen, wie der Strahl 7, breitet sich nicht mittels Reflexion im Kern aus, sondern spiralförmig in dem äußeren Mantel, wenn ein solcher vorhanden ist, oder derartige Lichtstrahlen treten über den äußeren Mantel aus.
Wenn jedoch der äußere Mantel teilweise entfernt ist, tritt ein darin sich ausbreitender Lichtstrahl 7, wie der Lichtstrahl 7' wie gezeigt aus. Der Lichtstrahl 5, welcher sich im Kern ausbreitet, tritt ebenfalls infolge der Unregelmäßigkeiten bei der Kernstruktur aus, wie dies mit dem Lichtstrahl 5' verdeutlicht ist, obgleich dieser in weniger starkem Maße als der Lichtstrahl 7 austritt. Um möglichst viel Licht austreten zu lassen, muß daher sichergestellt werden, daß der Lichtleiter eine kleine NA hat, und daß möglichst viele Lichttypen (viele Reflexionen) möglich sind und sich darin ausbreiten können. In der Glasfasertechnologie ist diese Art eines Lichtleiters mit vielen Lichtarten durch die Bezeichnung Multibetriebsart-Stufenindex-Glasfasern bekannt.
Es braucht nicht näher erwähnt zu werden, daß mehrere Lichtstrahlen auf den Lichtleiter 1 unter unterschiedlichen Winkeln auftreffen können und daß sie dann unter unterschiedlichen Winkeln am Umfang austreten können, an dem der äußere Mantel entfernt ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen jedoch sind nur zwei repräsentative Lichtstrahlen gezeigt.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht einer Stirnfläche der Lichtleiterführung nach Fig. 1. Es ist deutlich zu ersehen, daß der äußere Mantel 3 derart maschinell bearbeitet ist, daß seine Dicke allmählich in Richtung des Umfangsteils 4 kleiner wird, an dem der Mantel vollständig entfernt ist. Diese allmähliche Abnahme der Dicke ist jedoch nicht zwingend notwendig. Der mittlere Außendurchmesser des Lichtleiters ist gleich D.
Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht einer Oberflächen- Beleuchtungsvorrichtung, welche nach der Erfindung ausgelegt ist. Die beiden gezeigten Lichtleiter 1 sind relativ zueinander über einen speziellen Abstand oberhalb einer optisch reflektierenden Fläche 8 verschoben. Das Teil 4 des Umfangs der Lichtführungen, an dem der äußere Mantel entfernt ist, liegt der reflektierenden Fläche 8 gegenüber. Zwischen dem Lichtleiter 1 und der reflektierenden Fläche 8 ist eine virtuell optisch transparente Schicht 9 mit einem Brechungsindex n3 vorgesehen, mittels der die Lichtleiter in einem Abstand oberhalb der reflektierenden Fläche 8 gehalten sind. Die Schicht 9 kann aus mehreren gesonderten Schichten sich zusammensetzen, von denen wenigstens eine Klebstoffschicht haftend mit der reflektierenden Fläche 8 verbunden ist. Die obere Seite der Lichtleiter hat auch eine virtuell optisch transparente Schicht 10 mit einem Brechungsindex n4, oberhalb der die auszuleuchtende Oberfläche, welche hierbei nicht gezeigt ist, vorgesehen sein kann.
Die Lichtstrahlen 11, 11', welche aus den Lichtleitern 1 austreten, erreichten die reflektierende Fläche 8 über die Schicht 9 und werden hierdurch reflektiert. Diese reflektierten Lichtstrahlen 12, 12' können sich nun in unbehinderter Weise zwischen den Lichtleitern in den Räumen 14 in Richtung der Schicht 10 ausbreiten. Diese Schicht wirkt als eine sogenannte planparallele Platte, mittels der die darauf fallenden Lichtstrahlen 12, 12' eine Parallelverschiebung, welche insbesondere mit 13, 13' bezeichnet ist, erfahren, so daß ausreichend Licht an der Stelle der Lichtleiter ebenfalls gestreut wird, wodurch man eine äußerst gleichmäßige Oberflächenausleuchtung erhält.
Um eine Ablenkung auf eine spezielle Weise des einfallenden Lichtes zu ermöglichen, kann die Schicht 10 ebenfalls aus mehreren gesonderten Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindices bestehen. An Stelle einer optisch transparenten Schicht kann in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtstärke eine optische Streuschicht eingesetzt werden, um eine stärkere Streuung des reflektierten Lichts zu erzielen. Jedoch ist dies nicht zwingend notwendig.
Die Dicke der Zwischenschicht 9 muß derart gewählt werden, daß möglichst viel Licht 11, 11', welches aus dem Lichtleiter austritt, nicht wiederum im Lichtleiter nach der Reflexion 12, 12' absorbiert wird. Dies ist der Zweck für die spezielle Weise, mit der der äußere Mantel allmählich nach der bevorzugten Ausführungsform des Lichtleiters nach Fig. 2 entfernt wird. Es ist jedoch deutlich zu ersehen, daß Ausführungsformen, bei denen der äußere Mantel nicht in allmählich abnehmender Weise entfernt ist, sondern einfach über einen Teil des Umfangs in Längsrichtung des Lichtleiters entfernt ist, ebenfalls hierzu eingesetzt werden können, obgleich dies weniger effektiv ist. Die Schicht 8 kann auch das mehreren gesonderten Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindices bestehen, um die von den Lichtleitern austretenden Lichtstrahlen möglichst effektiv abzulenken, um eine Reflexion in den Leitern selbst soweit wie möglich zu verhindern.
Die Dicke und die optischen Eigenschaften der Zwischenschicht 9 und der Schicht 10 müssen jedoch derart gewählt werden, daß keine sichtbare Farbstreuung auftritt.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Oberflächenbeleuchtungsvorrichtung, welche nach der Erfindung ausgelegt ist. Mehrere, parallele Lichtleiter, deren eines Ende 16 über die Vorrichtung vorstehen, sind zwischen optisch transparenten Schichten 9 und 10 angeordnet. Es ist deutlich zu ersehen, daß der äußere Mantel der Enden des Lichtleiters, die zur Außenseite vorstehen, bevorzugterweise nicht maschinell bearbeitet ist, sondern unbearbeitet belassen ist. Die Lichtleiter 16, welche zur Außenseite gehen, sind in einem Kopplungselement zusammengebündelt, und zwar beispielsweise mittels einer linsenförmigen optischen Kopplungsfläche 18. Licht trifft von der Lichtquelle 21 auf die gebündelten, optischen Leiterenden 16 über die Kopplungsfläche 18 auf. Die Lichtquelle kann eine übliche Glühbirne 21 mit einem breiten Lichtstrahl sein. Das Kopplungselement 17 wird in bevorzugter Weise derart ausgelegt, daß möglichst viel Licht außerhalb des durch die NA bestimmten Winkel gekoppelt wird. Der auszuleuchtende Gegenstand, beispielsweise eine Flüssigkristall-Anzeigeplatte, liegt direkt oberhalb dieser Schicht bei diesem Beispiel. Die Lichtleiter können an den Enden 20 offen sein oder sie können geschlossen sein (Kopplung durch Reflexion).
Aus der Teilschnittansicht der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4, welche in vergrößertem Maßstab in Fig .5 gezeigt ist, ist zu ersehen, daß Distanzelemente 19 an den Rändern der reflektierenden Fläche 8 in Längsrichtung der Lichtleiter angeordnet sind, um den Aufbau zu versteifen.
Um die stärkst mögliche Ausleuchtung des Gegenstands 15 zu erzielen, muß die Höhe h, gemessen von der reflekteirenden Fläche 8 zu dem Bodenrand des auszuleuchtenden Gegenstandes 15 im Hinblick auf Schwächungsverluste des Lichts so klein wie möglich gemacht werden. Zu diesem Zweck kann die Schicht 10 in zweckmäßiger Weise eine virtuell optisch transparente Klebstoffschicht sein, mittels welcher die Lichtleiter haftend mit der auszuleuchtenden Oberfläche verbunden sind. Hierdurch wird auch die Möglichkeit eröffnet, daß die Schicht 9 gegebenenfalls weggelassen werden kann, wobei in einem solchen Fall die reflektierende Fläche 8 in einem Abstand von den Lichtleitern 1 mittels den Distanzelementen 19 gehalten ist. Ein freier Raum ist zwischen den Lichtleitern 1 und der reflektierenden Fläche 8 vorhanden.
Wenn Klebstoffschichten zum Fixieren der Lichtleiter an der reflektierenden Fläche und/oder zum Fixieren der Lichtleiter an der auszuleuchtenden Oberfläche eingesetzt werden, müssen die Klebstoffschichten virtuell konstante optische Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich im Hinblick auf die Wärmeentwicklung mit einer möglichen Infrarotkomponente im abgestrahlten Licht haben.
Wenn die Beleuchtungsvorrichtung Schwingungen oder Stoßbelastungen ausgesetzt ist, können die Leiter 1 und die reflektierende Fläche 8 vollständig gemäß der Lehre nach der Erfindung in ein virtuell optisch transparentes Material eingebettet werden. In Abhängigkeit von dem auszuleuchtenden Gegenstand 15 ist es auch möglich, die Ausleuchtvorrichtung und den Gegenstand in Form einer Einheit einzubetten.
Wie sich aus den Figuren ersehen läßt, sind die Lichtleiter mit einem Mittenabstand von wenigstens dem Zweifachen des mittleren Außendurchmessers D der Lichtleiter angeordnet. Bei diesem bevorzugten Abstand ist ausreichend Raum 14 zwischen benachbarten Lichtleitern 1 vorhanden, um sicherzustellen, daß die reflektieren Lichtstrahlen die auszuleuchtende Oberfläche im wesentlichen unbehindert durch die Lichtleiter 11 erreichen können. Größere Abstände dazwischen sind jedoch auch möglich.
Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 trifft das Licht an nur einem Ende der Lichtleiter auf. Ohne spezielle Maßnahmen kann das gesamte Licht, welches nicht früher ausgetreten ist, an den Enden 20 austreten, ohne daß es einen Beitrag zur Ausleuchtung der Oberfläche geleistet hat. Es wäre daher zweckmäßig, das Licht an beiden Enden eines Lichtleiters einzuleiten. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von zwei gesonderten Lichtquellen erfolgen, wobei sowohl das eine als auch das andere Ende der Lichtleiter zu einem Bündel zusammengefaßt sind. Da durch den Einsatz von Lichtleitern mit einem Kern aus Glas die Lichtquelle bei der vorliegenden Erfindung eine relativ große Abgabeleistung haben kann, ist es jedoch effizient, die Lichtleiterenden zu ein und derselben Lichtquelle zu verlegen (zurückzuverlegen).
Wenn man in einfacher Weise die verlängerten Enden 20 zurückweisend unter Umgehung der reflektierenden Fläche zu der gemeinsamen Lichtquelle 21 zurückverlegt, erhält man eine weniger effiziente Lösung, insbesondere in dem Fall, wenn längliche Flächen auszuleuchten sind. Die Länge der Lichtleiter, die keinen effektiven Beitrag zur Ausleuchtung der Oberfläche leistet, kann in diesem Fall beträchtlich groß sein. Das Licht in den Enden 20, welches zu der gemeinsamen Lichtquelle zurückgeleitet wird, wird auch zusätzlich unmittelbar vor dem Auftreffen auf der reflektierenden Fläche infolge der Länge des Lichtleiters geschwächt. Wenn die Lichtleiter wie in Fig. 6 schematisch angedeutet angeordnet sind, wobei die "abgehenden" Teile 22 und die "eingehenden" Teile 22' der integralen Lichtleiter ein und dieselbe Position in Relation zueinander in den Halbflächen einnehmen, welche man durch Unterteilung durch die Mittellinie 24 erhält, ist es möglich, daß eine minimale Länge der Lichtführung ausreicht. Auf Grund der Tatsache, daß die Teile 22, 22' der Lichtleiter immer relativ zueinader um einen Abstand verschoben sind, welcher gleich der Hälfte der Abmessung der reflektierenden Fläche rechtwinklig zu den Lichtleitern ist, haben alle Lichtleiter dieselbe Länge, welches im Hinblick auf die Herstellung der Beleuchtungsvorrichtung von Vorteil ist.
Abgesehen hiervon ist dieser Abstand auch relativ groß gegenüber dem Durchmesser D der Lichtleiter, so daß die Teile 23 der Lichtleiter mit einem ausreichend großen Radius gebogen werden können, ohne eine zusätzliche Lichtleiterlänge zu bekommen. Ein ausreichend großer Biegeradius ist erforderlich, um die lichtleitenden Eigenschaften der Lichtleiter konstant zu halten, und um zu bewirken, daß man möglichst kleine mechanische Belastungen darin hat.
Die Intensität der Ausleuchtung der Oberfläche läßt sich auf einfache Weise (nicht gezeigt) dadurch variieren, daß man die Lichtquelle 21 steuert. Die Lichtquelle 21 kann natürlich auch mehrere Lichtquellen umfassen, wenn es erforderlich ist, daß Licht mit unterschiedlichen Farbtönen (nicht gezeigt) emittiert werden soll.
Die Erfindung ist nicht auf ebene, auszuleuchtende Oberflächen, wie in Fig. 4 gezeigt, beschränkt. Gekrümmte Flächen mit passenden gekrümmten Auslegungen der reflektierenden Fläche 8 können ebenfalls ausgeleuchtet werden. Lichtleiter mit anderen Formen als rein runden Ausgestaltungsformen können ebenfalls eingesetzt werden.

Claims

1. Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen einer gleichmäßigen Ausleuchtung einer Oberfläche (10), welche mehrere, parallele Lichtleiter (1) aufweist, welche oberhalb einer optisch reflektierenden Fläche (8) angeordnet sind und deren reflektierender, äußerer Mantel (3) örtlich wenigstens derart entfernt ist, daß das hierdurch aus dem Lichtleiter (1) austretende Licht durch die reflektierende Fläche (8) auf die zu beleuchtende Oberfläche (10) reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel der Lichtleiter (1) in Längsrichtung der Lichtleiter über einen Teil des Umfangs (4) entfernt ist, welcher der reflektierenden Fläche (8) gegenüberliegt, und daß der Mittenabstand zwischen benachbarten Lichtleitern gleich oder größer als das Zweifache des Außendurchmessers (D) eines Lichtleiters (1) ist, so daß das durch die reflektierende Fläche (8) reflektierte Licht die zu beleuchtende Oberfläche (10) auf der anderen Seite der Lichtleiter (1) über den Raum (14) zwischen den Lichtleitern (1) erreichen kann.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste Schicht aus virtuell optisch transparentem Material zwischen den Lichtleitern und der reflektierenden Fläche vorgesehen ist.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste Schicht eine Klebstoffschicht ist, mittels welcher die Lichtleiter mit der reflektierenden Fläche verbunden sind.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zweite Schicht aus virtuell optisch transparentem Material zwischen den Lichtleitern und der zu beleuchtenden Oberfläche vorgesehen ist.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine zweite Schicht eine Klebstoffschicht ist, mittels welcher die Lichtleiter mit der zu beleuchtenden Oberfläche verbunden sind.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter in ein Gehäuse aus virtuell optisch transparentem Material eingebettet sind.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des äußeren Mantels allmählich in Umfangsrichtung in Richtung auf den Teil des Lichtleiters abnimmt, an dem der Mantel fehlt.

8. Beleuchtungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter an der reflektierenden Fläche vorbeigehend gebogen sind und zu der Lichtquelle über die reflektierende Fläche zurückkehren.

9. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter in den beiden Hälften der Vorrichtung, die man durch eine Unterteilung längs der Mittellinie in Längsrichtung der Lichtleiter erhält, die gleiche gegenseitige Position einnehmen, und ihre Enden auf derselben Seite der reflektierenden Fläche nach außen vorstehen.

10. Beleuchtungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Licht durch wenigstens eine gemeinsame Lichtquelle auf wenigstens ein Ende der kombinierten Lichtleiter trifft.