DE60034161T2 - Multifunktions-Heckleuchte für Fahrzeuge mit einheitlicher Optik - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugleuchten und insbesondere eine Fahrzeugheckleuchte, die mehrere Beleuchtungsfunktionen bereitstellt.
  • Die für die Fahrzeugbeleuchtung verwendeten herkömmlichen Lichtübertragungssysteme, einschließlich Fahrzeugheckleuchten, verwenden in der Regel ein Glühbirnen-Reflektor-System. In einem Glühbirnen-Reflektor-System wird der Glühdraht der Birne in oder in der Nähe eines Brennpunkts eines Parabolreflektors platziert. Das von dem Glühbirnendraht ausgestrahlte Licht wird von dem Reflektor gesammelt und nach außen reflektiert, um einen Lichtstrahl zu bilden. Um den Lichtstrahl zur Erfüllung von Fahrzeuglichtspezifikationen in ein bestimmtes Muster zu formen, wird eine Linse verwendet. In einer Kraftfahrzeugsanwendung werden durch ein herkömmliches Glühbirnen-Reflektor-System nur dreißig Prozent des von dem Glühbirnendraht ausgestrahlten Lichts gesammelt und in die Nutzbeleuchtungsfläche reflektiert.
  • Glühbirnen- und Reflektorsysteme weisen verschiedene Nachteile auf, einschließlich hinsichtlich der Aerodynamik und der ästhetischen Gestaltung. Die Tiefe des Reflektors entlang seiner Brennachse und die Höhe des Reflektors senkrecht zu der Brennachse haben beispielsweise Versuche, die Fahrzeugkonturen stromlinienförmig zu gestalten, erheblich eingeschränkt. Die während des Betriebs der Glühbirne abgegebene Wärmeenergie muss außerdem abgeführt werden, so dass die Größe des Reflektors wie auch das bei seiner Konstruktion eingesetzte Material Faktoren sind, die die Gestaltung von Fahrzeugen mit herkömmlichen Beleuchtungssystemen zusätzlich erschweren.
  • Ein Ansatz zur Entwicklung eines Kraftfahrzeugbeleuchtungssystems zur Verwendung mit stromlinienförmigen Karosseriegestaltungen wird in der US-Patentschrift Nr. 5,434,754, die dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen wurde, vorgeschlagen, welche eine Kombination aus einem faseroptischen Lichtleiter vorschlägt, der Licht von einer entfernten Lichtquelle durch einen transparenten Körper (hierin auch Lichtverteiler genannt) und zu einem Reflektor überträgt. Ein weiterer Ansatz, wie in der US-Patentschrift Nr. 5,700,078 beschrieben, ebenfalls dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugewiesen, enthält eine entfernte Laserlichtquelle, die mit einem Licht übertragenden faseroptischen Lichtrohr gekoppelt ist, welches eine einstückige dünnbogige Optik beleuchtet, die einen Eingangsabschnitt, einen Verteilerabschnitt und einem Versatzabschnitt aufweist. Während diese Ansätze den Stand der Technik der Fahrzeuggestaltung erheblich vorangebracht haben, indem sie umfangreiche und ineffiziente Reflektoren und Glühbirnen entfernten, besteht der Bedarf an der Bereitstellung mehrerer Farben für die Anforderungen für Heckbeleuchtungen weiter.
  • Dieser Bedarf, der ein weiterer Faktor ist, der die Gestaltung von Fahrzeugbeleuchtungssystemen kompliziert macht, besteht darin, dass zwei oder mehr Farben von einer einzigen Heckleuchtenanordnung oder von derselben allgemeinen Fläche an der Fahrzeugrückfläche ausgehen sollen. In der Regel umfasst eine Heckleuchtenanordnung eine Heckleuchte mit einer roten Linse für das Rücklicht und das Bremslicht, einen Blinker mit einer gelben Linse und ein Licht mit einer farblosen oder weißen Linse für den Rückwärtsgang. Jede dieser Glühbirnen benötigt eine separate Linse, um ein separates Glübirnen-Reflektor-System abzudecken, wodurch die Kosten und die Komplexität des Systems erhöht werden.
  • Ein Ansatz für das mehrfarbige Beleuchtungsproblem wird in der US-Patentschrift Nr. 5,136,483 beschrieben, das ein Beleuchtungselement mit einer Umfangskante beschreibt, in der eine Vielzahl von LEDs platziert sind. Die LEDs können verschiedene Farben aufweisen, so dass die Beleuchtung von einem Teil oder allen verschiedene Farben erzeugen kann. Ein Nachteil dieses Aufbaus besteht jedoch darin, dass er keine Möglichkeit aufweist, gleichzeitig separate Lichtabschnitte mit zwei oder mehreren verschiedenen Farben zu beleuchten. Bei den in den US- Patentschriften Nr. 5,570,951 und Nr. 5,477,436 beschriebenen Ausgestaltungen strahlt eine Vielzahl von Lichtquellen Licht mit nur einer Farbe durch die Linsenabschnitte oder Abdeckungen aus, welche die Farben mischen, um eine einheitliche Farbe zu erzeugen. Es ist jedoch nicht vorgesehen, mittels einzelner Abschnitte des Lichts mehrere Farben für verschiedene Beleuchtungsfunktionen zu erzeugen.
  • Daher wäre es wünschenswert, eine Heckleuchtenanordnung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die Überlegungen hinsichtlich der Herstellung und der Wärmeentwicklungen ebenso wie die durch die Anforderungen der Fahrzeugaerodynamik und der Gestaltung auferlegten Platzbeschränkungen berücksichtigt und die mehrere Funktionen, wie Rücklicht, Bremslicht, Licht für den Rückwärtsgang oder andere Signale ohne die Verwendung mehrerer Linsen bereitstellt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Heckleuchtensystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wie im Folgenden in Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche dargelegt.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein Heckleuchtensystem, das Überlegungen hinsichtlich der Herstellung und der Wärmeentwicklung ebenso wie die durch die Anforderungen der Fahrzeugaerodynamik und der Gestaltung auferlegten Platzbeschränkungen berücksichtigt.
  • Ein weiterer Vorteil ist ein Heckleuchtensystem, das die gleichzeitige Beleuchtung separater Teile einer Heckleuchtenspur mit verschiedenfarbigem Licht bereitstellt, um verschiedene Beleuchtungs- und Signalisierungsfunktionen zu erzielen, ohne dass mehrere Linsen oder Reflektoren verwendet werden müssen.
  • Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein einstückiges optisches Element, durch das Licht von einer oder mehreren Quellen geleitet wird, um mehrere Funktionen zu erzielen.
  • Die Erfindung wird nun weiter beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine Perspektivansicht einer Heckseite eines Kraftfahrzeugs mit einem daran angebrachten Heckleuchtensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 eine Perspektivansicht eines Heckleuchtensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 eine auseinander gezogene Perspektivansicht des Heckleuchtensystems aus 2 ist;
  • 4 eine Schnittansicht entlang Linie 4-4 aus 1 ist, die einen Beleuchtungsmodus des Heckleuchtensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 eine 4 ähnliche Schnittansicht ist, wobei aber ein Bremsmodus des Heckleuchtensystems gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt wird;
  • 6 eine 5 ähnliche Schnittansicht ist, wobei aber ein Rückwärtsgangmodus des Heckleuchtensystems gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt wird;
  • 7 eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht eines optischen Verteilers zur Verwendung mit dem Heckleuchtensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 8 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts aus 6 ist, die die Reflexion von Licht von einer Facette in dem optischen Verteiler der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und hier insbesondere auf 1, wird ein Kraftfahrzeug mit einem multifunktionalen Heckleuchtensystem gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, das in Kombination eine entfernte Lichtquelle 12, einen faseroptischen Lichtleiter 14 und eine Hecklichtanordnung 16 verwendet. Die Anordnung 16 der vorliegenden Erfindung ist als Hecklicht konfiguriert, aber die vorliegende Erfindung kann auch für andere Fahrzeugbeleuchtungsanwendungen verwendet werden, wie Fachleuten ersichtlich sein dürfte. Die Konfiguration aus 1 soll daher nur veranschaulichend, nicht einschränkend sein.
  • Wie in 1 gezeigt, handelt es sich bei der entfernten Lichtquelle 12 vorzugsweise um einen Diodenlaser. Die entfernte Laserlichtquelle 12 ist in dem Kraftfahrzeug 10 unter Berücksichtigung der Anforderungen der Fahrzeuggestaltung und der Herstellungserleichterung bezüglich besonderer Beleuchtungsaufgaben positioniert. Eine mögliche Stelle für die entfernte Laserlichtquelle 12 befindet sich im Motorraum. Vorzugsweise wird eine einzige Diodenlaserquelle verwendet, obwohl andere Arten von Lasern sowie andere Arten von entfernten Lichtquellen verwendet werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alternativ können mehrere Laserquellen oder LEDs mit hoher Intensität direkt angrenzend an die Anordnung 16 positioniert werden.
  • Vorzugsweise wird der faseroptische Lichtleiter 14 verwendet, um Licht von der entfernten Laserlichtquelle 12 zu der Hecklichtanordnung 16 zu übertragen, wie in 1 gezeigt. Der Lichtleiter 14 weist ein erstes Ende 34 auf, das mit der Lichtquelle 12 gekoppelt ist, und ein zweites Ende 36, das zur Verbindung mit der Anordnung 16 ausgelegt ist (1). Aufgrund der hohen Helligkeit (Candela pro Flächeneinheit) des Diodenlasers, kann ein Lichtleiter 14 (0,1–1,0 mm) mit geringem Durchmesser verwendet werden, um Licht zu der Anordnung 16 zu senden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und 3 weist die Hecklichtanordnung 16 ein Gehäuse 17 auf, das aus einem Paar Seitenwänden 18 und einer Rückwand 20 besteht. Eine zweite Lichtquelle 22 ist an einem Bodenabschnitt der Rückwand 20 angebracht und ein oberes Blendenglied 24 ist oberhalb der zweiten Lichtquelle 22 und hinter dem optischen Verteiler 26 angebracht. Der optische Verteiler wird zwi schen den Seitenwänden 18 umschlossen und in einem Träger 28 angebracht. Der Träger 28 weist eine Kopplung 30 (3) zur Aufnahme des zweiten Endes 36 des Lichtleiters 14 auf (2). Der Träger weist auch eine konturierte obere Fläche 32 zur Aufnahme eines Eingangsabschnitts 38 des optischen Verteilers 26 (3) auf.
  • In 4 wird der einstückige optische Verteiler 26 so gezeigt, dass er eine Vorderfläche 40, einen Eingangsabschnitt 38 zur Aufnahme und Verbreitung von Licht von der Lichtquelle 12 über den faseroptischen Lichtleiter 14, der unten weiter erläutert wird, aufweist. Der optische Verteiler 26 weist auch eine Rückfläche 42 mit einer Vielzahl von Licht reflektierenden Facetten 44 auf, die in einer Richtung beabstandet sind, welche allgemein parallel zu den von dem Eingangsabschnitt 38 ausgehenden Lichtstrahlen 44 verläuft (4). Die Facetten 44 reflektieren die Strahlen 46 in einer gewünschten Richtung durch die Vorderfläche 40 des optischen Verteilers 26. Die Form der Facetten 44 kann abhängig von dem von der Hecklichtanordnung erwünschten Lichtmuster variieren. Die Vorderfläche 40 definiert somit eine Leuchtfläche, durch die Licht entweder von der ersten Lichtquelle, das heißt, der entfernten Lichtquelle 12, oder von der zweiten Lichtquelle 22, bei der es sich vorzugsweise um eine Reihe von Leuchtdioden (LEDs) handelt, geleitet wird. Die zweite Lichtquelle 22 ist so konfiguriert, dass sie Beleuchtung durch einen vorbestimmten Abschnitt der Leuchtfläche bereitstellt, welcher durch die Vorderfläche 40 des einstückigen optischen Verteilers 26 definiert wird. Die zweite Lichtquelle 22 ist vorzugsweise angrenzend an die Rückfläche 42 des optischen Verteilers 26 so angebracht, dass sie Licht dadurch leitet.
  • Das Heckleuchtensystem der vorliegenden Erfindung weist einen Beleuchtungsmodus auf, in dem die erste Lichtquelle, das heißt, die entfernte Laserlichtquelle 12, Beleuchtung einer ersten Intensität in einem ersten Wellenlängenbereich durch die durch die Vorderfläche 40 des optischen Verteilers 26 definierte Leuchtfläche bereitstellt (4). Der erste Wellenlängenbereich enthält in der Regel den roten sichtbaren Bereich, so dass er rote Beleuchtung erzeugt, was für die Heckseite von Kraftfahrzeugen Standard ist. Wie Fachleuten klar sein wird, unterliegt der erste Wellenlängenbereich, wie auch die erste Intensität des Beleuchtungs modus, Regierungsrichtlinien und somit können die Bereiche und Mindestintensitäten derartigen Richtlinien entnommen werden. In einem Bremsmodus erzeugt die Laserlichtquelle 12 Beleuchtung einer zweiten Intensität in dem ersten Wellenlängenbereich durch die durch die Vorderfläche 40 des optischen Verteilers 16 definierte Leuchtfläche (5). Die dickeren Lichtstrahlen, die allgemein bei Bezugszahl 48 angezeigt sind, bezeichnen Lichtstrahlen einer zweiten, höheren Intensität als die erste Lichtintensität des Beleuchtungsmodus aus 4.
  • In einem in 6 gezeigten Rückwärtsgangmodus erzeugt die zweite Lichtquelle, das heißt die Reihe von LEDs 22, durch einen vorbestimmten Abschnitt 50 der Leuchtfläche der Vorderfläche 40 des optischen Verteilers 26 Beleuchtung in einem zweiten Wellenlängenbereich, welche allgemein durch Lichtstrahlen 52 angezeigt wird. Der zweite Wellenlängenbereich enthält den ersten Wellenlängenbereich und unterliegt ebenfalls Regierungsrichtlinien. Vorzugsweise enthält der zweite Wellenlängenbereich weißes Licht, das heißt Licht, in dem für Menschen sichtbaren Spektrum. Von dem vorbestimmten Abschnitt 50 der Leuchtfläche wird Licht des zweiten Wellenlängenbereichs ausgestrahlt, wenn sich das System in dem Rückwärtsgangmodus befindet, wobei die erste Lichtquelle gegebenenfalls Beleuchtung durch die Leuchtfläche bereitstellt, da der erste Wellenlängenbereich in dem zweiten Wellenlängenbereich enthalten ist. Das heißt, unabhängig davon, ob die erste Lichtquelle Beleuchtung der ersten Intensität oder der zweiten Intensität bereitstellt, wird Licht des zweiten Wellenlängenbereichs von dem vorbestimmten Abschnitt 50 der Leuchtfläche ausgestrahlt.
  • Das Heckleuchtensystem der vorliegenden Erfindung verfügt auch über einen Aus-Modus, in dem weder die erste noch die zweite Lichtquelle Beleuchtung durch die Leuchtfläche bereitstellt.
  • Der optische Verteiler 26 ist vorzugsweise aus einem transparenten Acrylmaterial oder Polycarbonatmaterial gefertigt, aber es können auch andere transparente Materialien verwendet werden. Vorzugsweise umfasst der Eingangsabschnitt ein halbzylindrisches Glied, dass einstückig mit dem einstückigen optischen Verteiler 26 (7) geformt ist und dazu dient, Licht von der ersten Lichtquelle zu emp fangen und zu verbreiten, beispielsweise entlang der Breite W des einstückigen optischen Verteilers 26 (7). Derart verbreitetes Licht bewegt sich in Längsrichtung durch das einstückige Element oder den optischen Verteiler 26, bis es von den Facetten 44 auf eine Rückfläche 42 und durch die Vorderfläche 40 reflektiert wird (7 und 8).
  • Das einstückige Element oder der optische Verteiler 26 kann jede von dem Entwerfenden gewünschte Form annehmen und muss nicht auf die hier in den Zeichnungen gezeigte Form beschränkt sein. Außerdem kann die Position der zweiten Lichtquelle oder Reihe von LEDs 22 nach Wunsch angepasst werden, um Beleuchtung in dem zweiten Wellenlängenbereich durch einen vorbestimmten Abschnitt der Leuchtfläche bereitzustellen. Der Winkel der Facetten 44 in Bezug auf die Rückfläche 42 kann so variiert werden, dass ein gewünschtes Lichtmuster, eine gewünschte Lichtintensität oder andere gewünschte Aufgaben und Spezifikationen erzielt werden.
  • In Gebrauch wird das von der entfernten Lichtquelle 12 ausgestrahlte Licht durch den faseroptischen Lichtleiter 14 über Lichtkoppler empfangen, durch den faseroptischen Lichtleiter 14 über Totalreflexion (TIR) übertragen und an dem zweiten Ende 36 ausgestrahlt, wo es auf den Eingangsabschnitt 38 eintrifft (1 und 7). Wie in den 4 bis 6 gezeigt, verbreitet der Eingangsabschnitt 38 das Licht in eine Vielzahl von Strahlen 46. Die verbreiteten Lichtstrahlen bewegen sich durch den optischen Verteiler 26, bis sie durch die Facetten 44, wie zuvor beschrieben, umgelenkt werden. Einige Lichtstrahlen können von den Seiten 18 oder der Rückfläche 24, welche vorzugsweise eine reflektierende Beschichtung aufweisen, reflektiert werden und aus der Vorderfläche 40 austreten.
  • Die Totalreflexion (TIR) von Licht tritt auf, wenn ein Einfallswinkel alpha von Licht auf der Oberfläche von Licht einen kritischen Winkel Πc überschreitet, der durch die Gleichung Πc = arcsinn1/n2 gegeben wird (wobei n1 der Brechungsindex von Luft ist und n2 der Brechungsindex von Plastik ist).

Claims (7)

  1. Heckleuchtensystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine Anordnung (16) die für die Anbringung an dem Kraftfahrzeug ausgelegt ist; einen transparenten Körper (26), der in der Anordnung angebracht ist, wobei der transparente Körper eine Vorderfläche (40), welche eine Leuchtfläche definiert, einen Eingangsabschnitt (38) zum Empfangen von Licht von einer ersten Lichtquelle (12), die allgemein parallel zu der Vorderfläche verläuft und das Licht in einer vorbestimmten Richtung verbreitet und eine Rückfläche (42) umfasst, welche eine Vielzahl reflektierender Facetten (44) aufweist, die in der vorbestimmten Richtung beabstandet sind, um das Licht von der ersten Lichtquelle (12) durch die Vorderfläche umzuleiten, so dass Beleuchtung durch die Leuchtfläche bereitgestellt wird; gekennzeichnet durch eine zweite Lichtquelle (22), die zum Bereitstellen von Beleuchtung durch einen vorbestimmten Abschnitt der Leuchtfläche konfiguriert ist, wobei das Licht von der zweiten Lichtquelle auf die äußere Seite der Rückfläche (42) einfällt und den transparenten Körper (26) quer zu der vorbestimmten Richtung durchquert, wobei das System Folgendes aufweist: einen Beleuchtungsmodus, bei dem die erste Lichtquelle (12) Beleuchtung einer ersten Intensität in einem Wellenlängenbereich durch die Leuchtfläche bereitstellt; einen Bremsmodus, bei dem die erste Lichtquelle (12) Beleuchtung einer zweiten Intensität in dem ersten Wellenlängenbereich durch die Leuchtfläche bereitstellt; einen Rückwärtsgangmodus, bei dem die zweite Lichtquelle (22) Beleuchtung in einem zweiten Wellenlängenbereich durch den mindestens einen vorbestimmten Abschnitt der Leuchtfläche bereitstellt, wobei die erste Lichtquelle gegebenenfalls Beleuchtung durch die Leuchtfläche bereitstellt und wobei sich der zweite Wellenlängenbereich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, diesen jedoch enthält; und einen Aus-Modus, in dem weder die erste noch die zweite Lichtquelle (12, 22) Beleuchtung bereitstellt.
  2. Heckleuchtensystem nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtquelle (12) an dem Fahrzeug in einer Position außerhalb der Anordnung angeordnet ist.
  3. Heckleuchtensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Lichtquelle (12) mindestens einen Diodenlaser umfasst.
  4. Heckleuchtensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Lichtquelle (22) mindestens eine Leuchtdiode (LED) umfasst.
  5. Heckleuchtensystem nach Anspruch 4, wobei die zweite Lichtquelle (22) eine Reihe von Leuchtdioden (LEDs) umfasst, die angrenzend an die Rückfläche des transparenten Körpers angebracht sind.
  6. Heckleuchtensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Wellenlängenbereich das sichtbare Spektrum abdeckt, so dass das ausgestrahlte Licht weiß ist.
  7. Heckleuchtensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Eingangsabschnitt (38) ein mit dem transparenten Körper (26) einstückig gebildetes halbzylindrisches Glied umfasst.
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