DE4437270B4

DE4437270B4 - Beleuchtungsvorrichtung und Verwendung derselben in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4437270B4
Application number: DE4437270A
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Nishio Kato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2014-10-19
Also published as: US5436806A; JPH07114809A; JP3493696B2; DE4437270A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung mit:
einer Lichtquelle (10);
einem Lichtleitfaserkabel (30, 50) mit einem ersten und zweiten Ende, das das auf das erste Ende auftreffende Licht leitet und das Licht über das zweite Ende aussendet; und
einer Vorrichtung (20, 40), die aus dem von dem Lichtleitfaserkabel ausgesendeten Licht eine gewünschte Lichtverteilung entlang einer optischen Achse erzeugt, wobei die Vorrichtung (20, 40) aufweist:
eine zusätzliche Einrichtung (60, 70) zum Umlenken eines aus dem Lichtleitfaserkabel ausgesendeten Lichtstrahls mit einem Eintrittsende und einem Austrittsende, wobei das Eintrittsende das zweite Ende des Lichtleitfaserkabels kontaktiert, um der Einrichtung (60, 70) das Licht direkt zuzuführen, wobei die Einrichtung (60, 70) das Licht um einen gewünschten Winkel zur optischen Achse umlenkt; und
eine Linseneinrichtung (20a, 20b, 40a, 40b), die direkt mit dem Austrittsende der Einrichtung (60, 70) gekoppelt ist und das Licht in die gewünschte Lichtverteilung umwandelt;
wobei die Einrichtung (60, 70) eine...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine solche Beleuchtungsvorrichtung, bei der eine Lichtquelle getrennt von einer Lampenvorrichtung vorgesehen ist.

In der nachveröffentlichten japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 6-68702 A und der korrespondierenden DE 43 20 554 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung offenbart, bei der aus einer Lichtquelle stammendes Licht in das eine Ende eines Lichtleitfaserkabels bzw. eines optischen Faserkabels eingeführt, durch das Kabel hindurchgeführt und aus dem anderen Ende des Kabels ausgesendet wird, um vor dem Kabel befindliche Objekte über einen Lichtwellenleiterpfad zu beleuchten.

Die nachveröffentlichte DE 43 25 115 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung aus einem Faserkabel und einem blankgepreßten Glasprisma.

Die DE 38 38 770 A1 zeigt eine Anordnung von Lichtleitfasern, die Licht von einer Beleuchtungseinrichtung zu einer Vielzahl von reflektierenden Elementen oder Linsen leiten, von wo es dann zur Beleuchtung abgestrahlt wird.

Jacobsen, A. und Rimkus, W. beschreiben im Artikel "Faseroptik-Eigenschaften und Anwendungen", in "Feinwerktechnik", No. 3, 1967, Seiten 111–116 unter anderem gebogene Lichtleitfasern.

Wie aus den 7A und 7B hervorgeht, muß bei einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung, wenn das aus einer Lichtquelle ausgesendete Licht in eine Beleuchtungsvorrichtung 20 eingeführt wird, nachdem es sich durch ein Lichtleitfaserkabel 30 ausgebreitet hat, das Lichtleitfaserkabel 30 gebogen sein, damit das Licht in die Beleuchtungsvorrichtung 20 eintreten kann, es sei denn, daß die Lichtauslaßöffnung der (nicht gezeigten) Lichtquelle und die Beleuchtungsvorrichtung 20 auf der gleichen geraden Linie angeordnet sind. Das Biegen des Lichtleitfaserkabels ruft Verluste in dem sich durch dieses ausbreitenden Licht hervor, außer wenn das Kabel um einen Krümmungsradius R gebo gen ist, der größer als ein bestimmter Wert ist. Das Lichtleitfaserkabel 30 besteht aus einem inneren Kern bzw. einer Ader 31 und einer die Ader 31 bedeckenden Umhüllung bzw. einem Mantel 32, wie dies aus 7A hervorgeht, wobei der Brechungsindex des Mantels 32 kleiner als derjenige der Ader 31 ist. Wenn beispielsweise die Ader 31 aus Acrylmaterial gebildet ist und der Mantel 32 aus Fluorharz besteht, haben die jeweiligen optischen Indizes bzw. Brechungsindizes Werte von 1.484 bzw. 1.344.

Ein derartiges Lichtleitfaserkabel weist einen kritischen Winkel θ auf, der eine Totalreflektion des einfallenden Lichts, das in die Ader 31 eintritt, sicherstellt. Unter Verwendung folgender Formel (1) findet man, daß der kritische Winkel θ den Wert 65° hat: n sin θ = n' sin 90° (1)oder θ = sin–1(n'/n)

In der obigen Gleichung ist mit n der optische Brechungsindex der Ader 31 und mit n' der Brechungsindex des Mantels 32 bezeichnet.

Um Licht unter einem Winkel zuzuführen, der den kritischen Winkel übersteigt, erhält man als minimalen Krümmungswinkel den Wert 100 mm, wenn der Durchmesser des den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweisenden Lichtleitfaserkabels 12.5 mm beträgt. Im Falle der in den 7A und 7B gezeigten Beleuchtungsvorrichtung ergeben sich daher bestimmte Beschränkungen in der Art und Weise, in der das Lichtleitfaserkabel angeordnet werden kann; wenn ein derartiges Lichtleitfaserkabel beispielsweise in einem Kraftfahrzeug installiert wird, treten entsprechende Probleme auf und die Gesamtgröße der Vorrichtung kann ziemliche Ausmaße annehmen. Wenn das Lichtleitfaserkabel gewaltsam gebogen werden sollte, um es innerhalb eines begrenzten Raums einzupassen, wird darüber hinaus die Verfügbarkeit des Ausgabelichts bzw. der Beleuchtungswirkungsgrad herabgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorgenannten Probleme eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, mit der die Verfügbarkeit von Licht in einem hohen Maße aufrechterhalten werden kann, wo bei trotz einer relativ kleinen Struktur sichergestellt werden soll, daß die ursprünglichen Funktionen nicht beinflußt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 bzw. 9 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die erfindungsgemäße Belichtungsvorrichtung weist demzufolge eine Lichtquelle, ein Lichtleitfaserkabel, in das aus der Lichtquelle stammendes Licht an seinem ersten Ende eintritt und das dieses eintretende Licht an seinem zweiten Ende aussendet, sowie eine Vorrichtung auf, die das Licht aus dem Lichtleitfaserkabel entlang einer optischen Belichtungsachse aussendet, um eine gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen. Die Vorrichtung weist einen Lichtbiegungs- bzw. Lichtumlenkungs- und Leitungspfad (der nachfolgend auch als LULP bezeichnet wird), der eine zusätzliche Vorrichtung ist, der das Ausgabelicht aus dem Lichtleitfaserkabel direkt zugeführt wird und die das Licht daraufhin um einen gewünschten Winkel in Richtung zur optischen Beleuchtungsachse einer Linseneinrichtung hin umlenkt. Die Linseneinrichtung (nachfolgend auch Lichtleiterpfad-Linse genennt) ist direkt mit dem LULP verbunden und das Licht aus dem LULP wird ihr direkt zugeführt. Die Lichtleiterpfad-Linse wandelt das Licht aus dem LULP um, um eine gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen.

Wenn das Lichtleitfaserkabel das von der Lichtquelle her übertragene Licht aussendet, tritt das Ausgabelicht erfindungsgemäß in den LULP ein. Das gesamte dem LULP zugeführte Licht wird im LULP um einen bestimmten Winkel gebogen bzw. umgelenkt, bevor es in die Lichtleiterpfad-Linse eintritt. Da die Lichtleiterpfad-Linse so ausgebildet ist, daß sie eine gewünschte Lichtverteilung erzeugt, wird diese Verteilung vom ausgegebenen Licht erzeugt. Da bei dieser Anordnung sowohl die Lichtleiterpfad-Linse als auch das Lichtleitfaserkabel über einen LULP verbunden sind, der um einen bestimmten Winkel gebogen ist, kann der Biegungswinkel des Lichtleitfaserkabels klein sein, so daß der optische Verlust innerhalb des Kabels entsprechend klein wird, wodurch der Beleuchtungswirkungsgrad erfindungsgemäß verbessert wird. Da darüber hinaus jegliche Beschränkungen hinsichtlich der Anordnung des Lichtleitfaserkabels aufgehoben werden, wird ein großes Freiheitsmaß bei der Installation der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in verschiedensten Einrichtungen erreicht, was es erlaubt, die Gesamt-Außenabmessungen der erfindungsge mäßen Beleuchtungsvorrichtung entsprechend gering zu halten bzw. eine kompakte Vorrichtung zu schaffen.

Da das Lichtleitfaserkabel mit dem LULP und der LULP mit der Lichtleiterlinse jeweils direkt ohne dazwischen befindliche Lufträume verbunden ist, werden Lichtverluste an jeweiligen Verbindungspunkten verringert, wodurch der Beleuchtungswirkungsgrad weiter verbessert wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind der LULP und die Linse in Form einer Lampe integral ausgebildet, wodurch der LULP und die Linse vor jeglicher Verunreinigung durch Wasser oder Schmutz geschützt sind. Schließlich kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung aufgrund ihres bestechend einfachen Aufbaus mit sehr geringen Kosten hergestellt und entsprechend preisgünstig verkauft werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 anhand einer schematischen Teilansicht ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, die in einem Kraftfahrzeug verwendet wird;
2 anhand einer perspektivischen Ansicht die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
3 das erste Ausführungsbeispiel in einer Querschnittsansicht;
4A und 4B jeweilige Verläufe des aus der Beleuchtungsvorrichtung austretenden Lichts;
5A und 5B anhand einer oberen bzw. unteren Draufsicht eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels;
6A und 6B jeweilige Verläufe des aus der Beleuchtungsvorrichtung austretenden Lichts; und
7A und 7B den Aufbau einer bekannten Beleuchtungsvorrichtung.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gezeigt, die bei einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Personen- oder Lastkraftwagen, verwendet wird. Die Beleuchtungsvorrichtung enthält eine Lichtquelle 10, die im Zentrum eines vorderen Teils des Fahrzeugs angeordnet ist. Scheinwerfer L und R sind bezüglich der Lichtquelle 10 symmetrisch angeordnet. Die Lichtquelle 10 enthält ein ungefähr zylindrisches Gehäuse 11, das im Zentrum der Axialrichtung eine Entladungsröhre 12 aufweist. An einem inneren Umfangsbereich des Gehäuses 11 sind linksseitige elliptische Spiegel 11La, 11Lb, 11Lc und 11Ld sowie rechtsseitige elliptische Spiegel 11Ra, 11Rb, 11Rc und 11Rd symmetrisch um die Entladungsröhre 12 herum angeordnet. Das von der Entladungsröhre 12 ausgesendete Licht wird daher von dem rechten elliptischen Spiegel 11Ra und den linken elliptischen Spiegeln 11Lb bis 11Ld reflektiert und zum Zentrum einer rechten Wand 11b des Gehäuses 11 konvergiert bzw. gebündelt. Gleichzeitig wird das Licht vom linken elliptischen Spiegel 11La und von den rechten elliptischen Spiegeln 11Rb bis 11Rd reflektiert und am Zentrum einer linken Wand 11a des Gehäuses 11 konvergiert. In 1 sind weiterhin ein rechtes Vorderrad FR und ein linkes Vorderrad FL des Fahrzeugs gezeigt.
Der linke Scheinwerfer L enthält eine Lampe 20, die am linken vorderen Ende des Fahrzeugs installiert ist, einen Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 ("LULP"), der die Lampe 20 mit der Lichtquelle 10 verbindet, und ein Lichtleitfaserkabel 30. Der rechte Scheinwerfer R weist eine Lampe 40, die am rechten vorderen Ende des Fahrzeugs befestigt ist, einen die Lampe 40 mit der Lichtquelle 10 verbindenden Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 70 sowie ein Lichtleitfaserkabel 50 auf. Da es sich versteht, daß die Scheinwerfer L und R die gleiche Struktur aufweisen, wird in der nachfolgenden Beschreibung lediglich auf den linken Scheinwerfer L Bezug genommen, während die Beschreibung des rechten Scheinwerfers R ausgelassen wird.
Wie aus den 1 und 2 hervorgeht, enthält die Lampe 20 eine einen lichtleitenden Pfad aufweisende Linse bzw. eine Lichtleitungspfad-Linse 20a als eine erste Lichtleitungspfad-Linse, eine Lichtleitungspfad-Linse 20b als zweite Lichtleitungspfad-Linse und zwei plattenförmige Blenden bzw. Abdeckungen 35 und 36. Die Lichtleitungspfad-Linse 20a ist aus einem Material hergestellt, das einen hohen Wärmewiderstand und gute Lichtübertragungseigenschaften aufweist, wie beispielsweise Polykarbonat oder Acrylharz, und gleicht ungefähr einer Hälfte eines gleich bzw. mittig geteilten Kegels bzw. Konus. Die Lichtleitungspfad-Linse 20a ist direkt auf der Lichtleitungspfad-Linse 20b angeordnet, wobei die Unterseite der Linse 20a an der Oberseite 22 der Lichtleitungspfad- Linse 20b befestigt ist. Die Lichtaussendungsebene 23 der Lichtleitungspfad-Linse 20a bildet eine Linsenebene mit einem bestimmten Brechungsindex und ein Pol O der Ebene 23 ist identisch mit der Ursprung eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems mit einer X-, Y- und Z-Achse, wobei die optische Achse der Lichtaussendungsebene 23 die X-Achse ist.
Der Brennpunkt F am Objektpunkt der Lichtaussendungsebene 23 ist in der Nähe der einen kleinen Durchmesser aufweisenden Einfallebene 25 der Lichtleitungspfad-Linse 20a angeordnet. Die Ausgangs- bzw. Lichtaussendungsebene 23 wirkt als Einrichtung zum Beleuchten des fernen Vorderbereichs des Fahrzeugs. Die Einfallsebene 25 der Lichtleitungspfad-Linse 20a ist beinahe in Form eines Kreises in der YZ-Koordinatenebene angeordnet, wobei die Oberseite und Unterseite der Einfallsebene im wesentlichen kreisförmige Bögen sind.
Die Lichtleitungspfad-Linse 20b besteht aus dem gleichen Material wie die Linse 20a, also einem Material mit einem hohen Wärmewiderstand und guten Lichtübertragungseigenschaften, wie beispielsweise Polykarbonat oder Acrylharz. Die Lichtleitungspfad-Linse 20b ist darüber hinaus brett- bzw. plattenförmig. Die Lichtaustrittsebene 24 der Lichtleitungspfad-Linse 20b hat einen Brennpunkt in der Nähe des Brennpunkts F und ihre Ebene ändert sich in einer geraden Linie in der Y-Achsenrichtung. Die Lichtaustrittsebene 24 hat daher die Funktion, den linken oder rechten Frontbereich der Straßenoberfläche zu beleuchten, wenn das Fahrzeug nach links oder rechts schwenkt. Da die Grund- bzw. Bodenfläche 21 der Lichtleitungspfad-Linse 20b eine Spiegelebene ist, arbeitet sie als Totalreflektionsebene.
Beide Lichtleitungspfad-Linsen 20a und 20b sind an ihren jeweiligen Einfallsebenen über die jeweiligen Abdeckungen 35 und 36 an einer Ausgangsendebene des später im einzelnen beschriebenen Umlenkungs- und Leitungspfads 60 befestigt. Die Unterseite der Eintrittslichtebene der Linse 20a und die Oberseite der Eintrittslichtebene der Linse 20b sind an einem Mittelabschnitt der Ausgangsendebene bzw. Austrittsebene des Lichtbiegungs- und Leitungspfads 60 befestigt. Dies ermöglicht es, die Oberseite der Einfallsebene der Linse 20a mittels des unteren Randes 35a der Abdeckung 35 gegenüber der Oberseite der Austrittsebene der Lichtleitungspfad-Linse 20a abzuschatten, während die Unterseite der Linse 20b durch den oberen Rand 36b der Abdeckung 36 abgeschattet ist.
Wie aus 3 hervorgeht, weist das Lichtleitfaserkabel 30 einen stangenförmigen Kern bzw. eine Ader 31, die aus einem Material mit hohem Wärmewiderstand und guten Lichtübertragungseigenschaften besteht, wie beispielsweise Polykarbonat oder Acrylharz, und einem Mantel 32 auf, der die Ader 31 bedeckt. Der optische Brechungsindex des Materials, aus dem sich der Mantel 32 zusammensetzt, ist kleiner als der der Ader 31, um eine Totalreflektion zu ermöglichen. Die Ader 31 des Lichtleitfaserkabels 30 hat einen Durchmesser von ungefähr 8 bis 15 mm und ist mittels eines transparenten Klebstoffs luftdicht an der Eintrittsebene des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 (LULP) befestigt.
Der Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 dient als Einrichtung zur gekrümmten Führung bzw. zum Umlenken des aus dem Lichtleitfaserkabel 30 einfallenden Lichts um 90° und zum Einführen dieses Lichts in die Linsen 20a und 20b. Der Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 besteht aus dem gleichen Material wie die Ader 31 des Lichtleitfaserkabels 30, d.h. aus einem Material mit hohem Wärmewiderstand und guten Lichtübertragungseigenschaften, und weist eine kreisförmige oder zylindrische Gestalt auf. Die Oberfläche des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 berührt ein Material mit einem Brechungsindex, der kleiner als der des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 ist, nämlich Luft. Daher ist eine röhrenförmige Abdeckung 61 vorgesehen, um eine Verunreinigung durch Staub, Schmutz, Wasser zu verhindern.
Es sei bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeipiel angenommen, daß als Material für den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 ein Acrylharz mit einem Brechungsindex von 1.484 verwendet wird. Wenn die Oberfläche des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 beispielsweise mit Luft in Berührung steht, so erweist sich, daß dessen Brechungsindex den Wert 1.0 hat. Wenn das einfallende Licht ausgesendet wird, nachdem es unter Verwendung des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 um 90° umgelenkt worden ist, findet man unter Verwendung der Formel (1), daß der kritische Winkel θ des Lichts, der für eine völlige innere Reflektion bzw. eine innere Totalreflektion des in den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 einfallenden Lichts erforderlich ist, ungefähr den Wert 42° hat. Wenn für den Lichtumlenkungs- und Leitungs pfad 60 ein Material mit einem Durchmesser von 12.5 mm gewählt wird, beträgt der maximale Winkel, unter dem sich das Licht durch das Lichtleitfaserkabel 30 ausbreiten kann, ungefähr 19.5°, und der minimale Krümmungsradius muß für eine innere Totalreflektion des einfallenden Lichts im Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 den Wert 40 mm aufweisen, um das Licht um 90° umzulenken.
Obgleich als bevorzugtes Material Luft über der Oberfläche des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 angeordnet wird, kann jedes andere Material verwendet werden, vorausgesetzt, daß sein Brechungsindex kleiner als derjenige des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 ist. Darüber hinaus ist es möglich, die Oberfläche des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 nach Durchführung einer Dampfablagerung zu einem Spiegel zu polieren, um dadurch zu erzwingen, daß das einfallende Licht nach innen zum Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 zurückreflektiert wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel breitet sich das von der Lichtquelle 10 ausgesendete Licht durch das Lichtleitfaserkabel 30 aus und tritt daraufhin in den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 ein. Das in den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 eintretende Licht wird daraufhin aufgrund der inneren Totalreflektion innerhalb des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 in einer Biegung geführt bzw. umgelenkt. Das aus dem Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 ausgesendete Licht wird in die Lichtleitungspfad-Linsen 20a und 20b über ihre Einfallebenen eingeführt. Da die Brechungsindizes am Übergang bzw. der Verbindung zwischen dem Lichtleitfaserkabel 30 und dem Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 sowie am Übergang zwischen dem Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 und den Linsen 20a und 20b sich stark bzw. abrupt ändern, tritt derjenige Teil des Lichts, der dem den Spalt zwischen dem unteren Rand 35a der Abdeckung 35 und dem oberen Rand 36b der Abdeckung 36 durchdringenden Licht entspricht, in die Lichtleitungspfad-Linsen 20a und 20b ein.
Derjenige Teil des einfallenden Lichts, der in der ZX-Ebene zur Austrittsebene 23 hin fortschreitet, pflanzt sich radial in bezug zum Brennpunkt der Austrittsebene 23 als Parallelstrahl AD fort, wie dies in 4A gezeigt ist, wobei dieser Strahl gemäß der Darstellung in der Zeichnung nach vorne und unten gerichtet ist. Ein weiterer Teil des Lichts wird von der unteren Ebene 21 reflektiert und pflanzt sich darauf hin in der ZX-Ebene zur Austrittsebene 23 hin fort.
Das Licht breitet sich radial in bezug zum Brennpunkt der Austrittsebene 23 aus und tritt als Parallelstrahl AU im wesentlichen parallel zur X-Achse aus. Von dem auf die Lichtleitungspfad-Linse 20a auftreffenden Licht breitet sich derjenige Teil, der sich geradlinig in der XY-Ebene fortpflanzt, radial in bezug zum Brennpunkt der Austrittsebene 23 aus und tritt über die Austrittsebene 23 in Form symmetrischer und paralleler Strahlen AR und AL aus, wie dies in 4B gezeigt ist. Diese Strahlen laufen gegebenenfalls zusammen bzw. konvergieren.
Von dem auf die Linse 20b auftreffenden Licht breitet sich derjenige Teil, der sich direkt in der ZX-Ebene zur Austrittsebene 24 hin fortpflanzt, radial in bezug zum Brennpunkt der Austrittsebene 24 aus und wird über die Ebene 24 als Parallelstrahl BU gemäß der Darstellung in 4A ausgesendet. Der Strahl BU verläuft beinahe parallel zur X-Achse. Von dem auf die Linse 20b auftreffenden Licht breitet sich derjenige Teil, der von der oberen Ebene 22 reflektiert wird und sich daraufhin zur Austrittsebene 24 in der ZX-Ebene geradlinig ausbreitet, radial in bezug zum Brennpunkt der Austrittsebene 24 aus und wird über die Austrittsebene 24 als Parallelstrahl BD ausgesendet. Von dem auf die Linse 20b auftreffenden Licht wird derjenige Teil, der sich während der Reflektion in der XY-Ebene ausbreitet, über die Austrittsebene 24 in Form symmetrischer und paralleler Strahlen BR und BL ausgesendet. Diese Strahlen laufen mit zunehmender Entfernung von der Austrittsebene 24 auseinander.
Wenn das Lichtleitfaserkabel 30 das Licht aus der Lichtquelle 10 aussendet, tritt das Licht in den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 ein. Da sich die Oberfläche des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 in Kontakt mit einem Material befindet, das einen kleineren Brechungsindex als der Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 aufweist, nämlich mit Luft, wird der Pfad bzw. Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 mit einem bestimmten Krümmungsradius, der eine innere Totalreflektion erlaubt, um 90° gebogen. Die gesamte Menge des auf den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 auftreffenden Lichts wird innerhalb des Pfads 60 reflektiert, wenn dieser um 90° gebogen wird. Das diesem gekrümmten Verlauf unterzogene Licht tritt in die Linsen 20a und 20b ein, um beim Aussenden eine gewünschte optische Verteilung zu erzeugen. Die Erfindung ermöglicht es, den Krümmungsradius um 60 mm gegenüber dem im Stand der Technik erforderlichen Wert von 100 mm zu verringern. Somit ist mit der Erfindung ein Krümmungsradius von 40 mm erzielbar. Demgemäß sind mit der Erfindung vergrößerte Freiheitsgrade erzielbar und es ist weiterhin möglich, die Abmessungen zu verkleinern.
Wenn der Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 um 90° gebogen wird und der Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 dabei einen bestimmten Krümmungsradius aufweist und seine Oberfläche sich in Kontakt mit einem Material befindet, das einen kleineren Brechungsindex als der Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 aufweist, wird das gesamte auf den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 auftreffende Licht innerhalb des Pfads 60 ohne Verluste reflektiert. Das das Lichtleitfaserkabel 30 verlassende Licht wird daher verlustfrei den Linsen 20a und 20b zugeführt. Da die Lampenvorrichtung darüberhinaus so ausgelegt ist, daß die Linsen 20a und 20b unter Verwendung des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 direkt mit dem Lichtleitfaserkabel 30 verbunden sind, hat die erfindungsgemäße Lampen- bzw. Beleuchtungsvorrichtung eine elegant einfache und gleichwohl extrem brauchbare Gestaltung, so daß sie mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Obgleich beim ersten Ausführungsbeispiel separate Linsen 20a und 20b und ein separater Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 beschrieben wurden, ist es gleichwohl möglich, den Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 und die Linsen 20a und 20b einteilig bzw. als integrales Bauteil auszubilden. In 5 sind ein Lichtumlenkungs- und Leitungspfad und Lichtleitungspfad-Linsen gezeigt, die als integrales Bauteil ausgebildet sind. Eine Lichtleitungslinse 20c entspricht der Linse 20a in den 2 und 3 und enthält ein Lichtleitfaserkabel 30, das an ihm unter einem 90°-Winkel befestigt ist. Um eine innere Totalreflektion des aus dem Kabel 30 eintretenden Lichts hervorzurufen, ist die Linse 20c relativ zur Einfallsachse in einem Winkel von 45° zugeschnitten, um dadurch eine Reflektionsebene 26 zu bilden. Das aus dem Kabel 30 einfallende Licht wird an der Ebene 26 reflektiert, wodurch das Licht gegenüber seinem Einfallswinkel um 90° umgelenkt wird, bevor es über die Austrittsebene 23a ausgesendet wird. Beim Ausbilden der Ebene 26 kann ein geeignetes Material, wie beispielsweise Aluminium, Silber oder dergleichen, durch Bedampfung aufgebracht werden, um dadurch eine verspiegelte Reflektionsebene 26 zu schaffen.
In 5B ist eine Lichtleitungslinse 20d gezeigt, die der Linse 20b in den 2 und 3 entspricht. Das Lichtleitfaserkabel 30 ist an der Linse 20d be festigt. Eine Krümmung 20d1 der Lichtleitungspfad-Linse 20d ist unter einem bestimmten Krümmungsradius gegenüber dem Ort, an dem die Befestigung am Kabel 30 stattfindet, um 90° gebogen. Die Krümmung 20d1 befindet sich wie der vorstehend beschriebene Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60 in Kontakt mit einem Material, das einen kleineren Brechungsindex aufweist, nämlich mit Luft. Da die Krümmung 20d1 eine 90°-Biegung und einen bestimmten Krümmungsradius aufweist, um eine innere Totalreflektion hervorzurufen, wird das gesamte in die Krümmung 20d1 eintretende Licht reflektiert und um 90° umgelenkt, bevor es aus der Austrittsebene 24a ausgesendet wird.
Wenn die Krümmung 20d1 verwendet wird, hat der minimale Krümmungsradius, der zum Hervorrufen einer internen Totalreflektion und zum Herbeiführen einer 90°-Biegung erforderlich ist, einen Wert von 35 mm. Der Unterschied im Krümmungsradius zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, daß in dem aus der Krümmung 20d1 ausgesendeten Licht der Krümmungsradius an der umfangsseitigen Reflektionsebene größer als im Zentrum der Krümmung ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel insofern vorteilhaft, als es eine weitere Verringerung der Größe und weiter erhöhte Freiheitsgrade ermöglicht.
In 6A ist dargestellt, daß bei Verwendung des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60 des ersten Ausführungsbeispiels ein Abschnitt 61b mit grober bzw. geringer Lichtdichte und ein Abschnitt 61a mit hoher Lichtdichte der Linsen 20a und 20b vorliegt; daher wird ein Teil des ausgesendeten Lichts zu stark umgelenkt und über eine Seitenwand 28 der Linse 20a ausgesendet. Somit ist es möglich, daß ein geringer Lichtverlust auftritt.
In 6B ist ein gerader Abschnitt gezeigt, der in der Nähe der Linsen 20a und 20b vorgesehen ist. Ein Lichtumlenkungs- und Leitungspfad 60a ist derart angeordnet, daß der Einfallswinkel zu den Linsen 20a und 20b im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel um weitere 7° geneigt ist. Dies bedeutet, daß der Licht-Umlenkwinkel so eingestellt ist, daß er 90° – 7° = 83° beträgt. Durch Vorsehen des geraden Abschnitts 62 und durch Verwendung des Lichtumlenkungs- und Leitungspfads 60a wird über die Austrittsebene 23a und 24b beinahe das gesamte auf die Linsen 20a und 20b auftreffende Licht ausgesendet.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit: einer Lichtquelle (10); einem Lichtleitfaserkabel (30, 50) mit einem ersten und zweiten Ende, das das auf das erste Ende auftreffende Licht leitet und das Licht über das zweite Ende aussendet; und einer Vorrichtung (20, 40), die aus dem von dem Lichtleitfaserkabel ausgesendeten Licht eine gewünschte Lichtverteilung entlang einer optischen Achse erzeugt, wobei die Vorrichtung (20, 40) aufweist: eine zusätzliche Einrichtung (60, 70) zum Umlenken eines aus dem Lichtleitfaserkabel ausgesendeten Lichtstrahls mit einem Eintrittsende und einem Austrittsende, wobei das Eintrittsende das zweite Ende des Lichtleitfaserkabels kontaktiert, um der Einrichtung (60, 70) das Licht direkt zuzuführen, wobei die Einrichtung (60, 70) das Licht um einen gewünschten Winkel zur optischen Achse umlenkt; und eine Linseneinrichtung (20a, 20b, 40a, 40b), die direkt mit dem Austrittsende der Einrichtung (60, 70) gekoppelt ist und das Licht in die gewünschte Lichtverteilung umwandelt; wobei die Einrichtung (60, 70) eine Oberfläche aufweist, die ein Medium kontaktiert, das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der der Einrichtung (60, 70) ist; und wobei die Einrichtung (60, 70) bogenartig gekrümmt ist; und wobei die Linseneinrichtung (20a, 20b, 40a, 40b) ein erstes und ein zweites Linsenelement enthält.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Luft ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60, 70) einen röhrenförmigen Umlenkabschnitt enthält.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60, 70) einen Abschnitt (62) enthält, der die optische Dichte der Lichtstrahlen in Richtung zur Linseneinrichtungvergleichmäßigt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt ein linearer Abschnitt (62) der Einrichtung (60, 70) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Abschnitt eine Axialrichtung aufweist, die bezüglich der optischen Achse geneigt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialrichtung des linearen Abschnitts bezüglich der optischen Achse um 7° geneigt ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60, 70) integral mit der Linseneinrichtung ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung, mit: einer Einrichtung zum Erzeugen von Licht (10); einem Lichtleitfaserkabel (30, 50) mit einem Kern (31) und einer Beschichtung (32), das ein Eintrittsende und ein Austrittsende aufweist, wobei das Eintrittsende in der Nähe der Lichterzeugungseinrichtung angeordnet ist, um dem Lichtleitfaserkabel (30, 50) die Übertragung des erzeugten Lichts zu ermöglichen; einer Linseneinrichtung (20a, 20b, 40a, 40b) zum Erzeugen einer gewünschten Ausgangslichtverteilung des von dem einen Lichtleitfaserkabel (30, 50) übertragenen Lichts; und einer zusätzlichen Einrichtung (60, 70) zum Umlenken eines aus dem Austrittsende des Lichtleitfaserkabels (30, 50) ausgesendeten Lichtstrahls und zum Zuführen des Lichtstrahls zur Linseneinrichtung, wobei diese Umlenkeinrichtung aus dem gleichen Material wie der Kern des Lichtleitfaserkabels (30, 50) gebildet ist; wobei das Lichtleitfaserkabel (30, 50) direkt mit der Umlenkeinrichtung verbunden und die Umlenkeinrichtung direkt mit der Linseneinrichtung verbunden ist, und wobei die Linseneinrichtung ein erstes und zweites Linsenelement enthält.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinrichtung ein Scheinwerfer (L, R) für ein Kraftfahrzeug ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Polykarbonat oder Acrylharz ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung (60, 70) einen Grenzwinkel der Totalreflexion von 42° aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Linsenelement eine halbkegelförmige Gestalt aufweist und daß das zweite Linsenelement plattenförmig ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung (60, 70) gekrümmt ist und einen Krümmungsradius von 40 mm aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung (60, 70) gekrümmt ist und einen Krümmungsradius von 35 mm aufweist.
Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Kraftfahrzeug.