DE69828746T2

DE69828746T2 - Anzeigeapparat mit Lichtleitern

Info

Publication number: DE69828746T2
Application number: DE69828746T
Authority: DE
Inventors: Richard Keith Chelmsford Atkins; Lee Allan Hockley Andrews
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: EP0919791A1; US5934782A; GB9725240D0; GB2331800A; DE69828746D1; EP0919791B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Lichtführungsanordnung, um Beleuchtung zu Teilen einer Anzeigetafel zu führen, zum Beispiel den Zifferblättern auf einer Fahrzeug-Armaturentafel.
Die Beleuchtung einer Fahrzeug-Anzeigetafel erfordert klare und gleichmäßige Beleuchtung, sowohl über die Frontfläche des Zifferblatts/der Zifferblätter wie auch entlang des Zeigers des Ziffernblatts. Zur gleichen Zeit sollten die Merkmale, die benutzt werden um Licht zu den richtigen Teilen der Anzeige zu leiten, keine sichtbaren Schatten auf der Zifferblattbeschriftung erzeugen, und sollte in der Lage sein in preiswerter, effizienter Art und Weise hergestellt zu werden, und sie sollten der Struktur kein Gewicht hinzufügen.
U.S.-Patent Nr. 4,899,260, U.S. Philips Corporation, datiert 6. Februar 1990, beschreibt einen Körper aus einem Material ebenso klar wie Glas, der hinter den zu beleuchtenden Teilen angeordnet ist. Der Körper reflektiert die Strahlen durch Ablenkung an Reflexionsflächen zu den einzelnen zu beleuchtenden Bereichen. Der optimale Leiterkörper (1) schließt eine Platte (1) mit einer im Wesentlichen planaren Oberfläche ein; sich quer durch die Platte (1) erstreckende Öffnungen (7, 8, 9), wobei die Wände (7a, 8a, 9a) dieser Öffnungen sich in rechten Winkeln zur Mittenebene (5) der Platte und mit spitzem Winkel zum Weg der Lichtstrahlen erstrecken und Reflexionsflächen aufweisen. Die Lichtstrahlen werden innerhalb der Platte parallel durch die Mittenebene (5) der Platte geführt, wobei die Lichtstrahlen in Aussparungen hinein reflektiert werden, die als Abgabeflächen bereitgestellt werden, und mittels Reflexionsflächen (10b) – geneigt bezüglich der Mittenebene (5) der Platte – aus diesen Aussparungen hinaus reflektiert werden.
EP 0 110 063 , Kienzle Apparate GmbH, beschreibt eine Anordnung zur Lichtleiter-Beleuchtung der Anzeigevorrichtung eines Meßinstruments, die mindestens eine im Inneren des Meßinstruments angeordnete Lichtquelle (19) und einen scheibenförmigen photoleitfähigen Körper (8) aufweist, welcher der Lichtquelle (19) zugehörig ist und im Wesentlichen den Umrissen eines skalierten und nummerierten Zifferblatts (7) der Anzeigevorrichtung des Meßinstruments entspricht, wobei dieser photoleitfähige Körper dient um Licht in mindestens einen lichtleitenden Zeiger (1) zu führen, von dem die Achse (18) den photoleitfähigen Körper (8) durchdringt; dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bereich des an die Lichtquelle (19) angrenzenden photoleitfähigen Körpers (8) und der Öffnung (17), die zum Durchtritt der Zeigerachse (18) dient, Schlitze (25, 26) bereitgestellt werden; wobei Licht ablenkende Oberflächen einen Lichtkanal in dem photoleitfähigen Körper (8) bilden, die im Wesentlichen gegeneinander parallelen Schlitze (25, 26) auf beiden Seiten einer imaginären Ebene liegen, welche senkrecht zu dem photoleitfähigen Körper (8) liegt und durch die Lichtquelle (19) und die Zeigerachse (18) bestimmt wird.
EP 0 111 622 VDO, Adolf Schindling, beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung für ein aus transparentem Material hergestelltes Zifferblatt (2) mit einer Licht reflektierender Oberfläche (4), die entlang des Umfangs des Zifferblatts konstruiert und bezüglich der Ebene des Zifferblatts geneigt ist, um die Lichtstrahlen von einer hinter der Ebene des Zifferblatts positionierten Lichtquelle (1) in das Zifferblatt hinein abzulenken; dadurch gekennzeichnet, daß das Zifferblatt (2) mit einer hohlzylindrischen, lichtleitenden Kante (3) konstruiert ist, welche sich von der Licht reflektierenden Oberfläche (4) erstreckt und welche Eingangsflächen (7) aufweist, um das Licht von der Lichtquelle (1) in Umfangsrichtung in die lichtleitende Kante (3) einzustrahlen, wobei die lichtleitende Kante (3) eine abnehmende Höhe aufweist, während sie sich von der Eingangsfläche (7) erstreckt, und die von dem Zifferblatt (2) fortweisende Stirn der lichtleitenden Kante (3) als eine Reflexionsfläche (5) konstruiert ist, welche die in der Umfangsrichtung in die lichtleitenden Kante (3) gelangenden Lichtstrahlen zu der Licht reflektierenden Oberfläche (4) ablenkt.
Die deutsche Schrift OLS DE 33 00 271 A1 , VDO Schindling, beschreibt eine Anordnung, in der Licht von einer einzelnen Lichtquelle in eine lichtleitende Scheibe (1) hinein gelangt. Dieses Licht wird mittels eines Lichtteilers (10) in zwei entgegengesetzt gerichtete Strahlengänge aufgeteilt. Dieses in zwei Strahlengänge aufgeteilte Licht wird durch Reflexionsflächen (13, 14; 15, 16) in der lichtleitenden Scheibe (1) von entgegengesetzten Richtungen zu einer zentralen Lichtversorgungs-Vorrichtung (2) geliefert. Von der Lichtversorgungs-Vorrichtung (2) gelangt das Licht in den Zeiger oder die Zeiger der Anzeigevorrichtung.
Gemäß der Erfindung wird eine Lichtleiter-Anordnung wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt. Die aufeinander zulaufenden Facetten sind in der Lage Licht in die Öffnung hinein abzulenken, welches sonst an der Öffnung vorbeilaufen würde, ohne zur Zeigerbeleuchtung beizutragen. Dies kann in gesteigerter Zeigerbeleuchtung und/oder einer geringeren Spezifikation für die Lichtquelle resultieren.
Die aufeinander zulaufenden Facetten können die Kanten von durch das Material der Platte hindurch gebildeten Schlitzen sein. In dieser Weise muß der Platte kein zusätzliches Material hinzugefügt werden; statt dessen wird Material entfernt, was in geringfügigem Ausmaß zur Gewichtsminderung beiträgt. Alternativ können die aufeinander zulaufenden Facetten durch Nuten gebildet werden, welche sich nicht vollständig durch das Material der Platte hindurch erstrecken, welche aber eine sich eine wesentliche Strecke durch das Material hindurch erstreckende, reflektierende Fläche aufweisen, um Licht in Richtung auf Zeiger-Beleuchtungsöffnungen hin zu reflektieren.
Vorzugsweise ist die erste Seite der Platte mit einer Deckschicht bedeckt, welche einige durchscheinende Bereiche und einige lichtundurchlässige Bereiche besitzt, und die aufeinander zulaufenden Facetten sind alle hinter lichtundurchlässigen Bereichen der Deckschicht angeordnet. Jegliche Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung über die Fläche der Platte hinweg, die aus der Gegenwart der Facetten resultiert, wird von der Frontfläche der Anzeige verborgen werden.
Es wird bevorzugt zwei Paare von aufeinander zulaufenden Facetten zu besitzen, die beide aus verschiedenen Richtungen in Richtung auf die Öffnung aufeinander zulaufen, um Licht von zwei verschiedenen Lichtquellen in Richtung der Öffnung zu konzentrieren.
Die aufeinander zulaufenden Facetten sind mit ihren konkaven Seiten einander zuweisend gebogen. In einer Ausführungsform werden die aufeinander zulaufenden Facetten durch zwei gegenüberliegende Enden eines einzelnen Schlitzes durch das Material der Platte hindurch gebildet.
Bevorzugt besitzt die Platte ein durch ihre Dicke hindurch gebildetes Paar von Schlitzen, um Oberflächen zu bilden, an welchen innerhalb der Platte laufendes Licht vollkommen innerhalb der Platte reflektiert wird; worin die jeweiligen Schlitze dieses Paars zur Öffnung hin aufeinander zulaufen, um zwischen den aufeinander zulaufenden Facetten einfallendes Licht zur Öffnung hin zu konzentrieren.
Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden, in denen:
1 eine Frontansicht einer Instrumentenanzeige zum Gebrauch in einem Motorfahrzeug ist;
2 eine schematische Perspektivansicht der Anzeige von 1 ist;
3 ein Schnitt durch einen kleinen Teil der Anzeige von 1 und 2 ist;
4 eine Detailansicht einer Front einer Anzeigeplatte gemäß der Erfindung ist;
5 ein Querschnitt durch die Anzeigeplatte von 4 entlang der Linie V-V ist;
6 ein Schnitt durch einen kleinen Teil einer Anzeige ist, der ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt;
7 eine Perspektivansicht der Rückseite einer Anzeige ist, die eine Ausführungsform zeigt, welche keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
8 eine Perspektivansicht der Rückseite einer Anzeige ist, die noch ein anderes Merkmal der Erfindung zeigt; und
9 eine Planansicht eines Fahrzeugtachometer-Zifferblatts ist, das Merkmale der Erfindung beinhaltet.
1 zeigt einen Teil einer Instrumentengruppe 10, welche einer Skalenplatte 22 umfaßt, auf welcher Zifferblätter 12, 14, 16 und 18 positioniert sind. Zum Beispiel können die Zifferblätter Kraftstoffpegel, Tachometer, Drehzahlmesser und Kühlmitteltemperatur in einem Motorfahrzeug darstellen, aber es muß verstanden werden, daß die Erfindung nicht in der Anwendung auf diese speziellen Funktionen beschränkt ist, und tatsächlich nicht auf den Gebrauch in einem Motorfahrzeug beschränkt ist.
Im Gebrauch wird die Skalenplatte 22 in einer Rückenplatte 24 und hinter einem Gehäuse oder einer Maske (nicht gezeigt) montiert werden. Die Rückenplatte trägt verschiedene elektronische Bauteile und trägt zusätzlich Lichtquellen für die Beleuchtung der Platte 22. Drei Lichtquellen sind anhand eines Beispiels bei 26 gezeigt, wobei diese Lichtquellen in der Form von Glühbirnen oder LED's vorliegen. Andere Formen der Beleuchtung sind jedoch möglich.
Die Skalenplatte 22 besteht aus einer in Form hergestellten Kunststoffplatte aus einem transparenten, lichtleitenden Material, zum Beispiel Polycarbonat. Die Platte wird in Form hergestellt werden, um Facetten und Lichtleiter in der unten zu beschreibenden Art und Weise zu beinhalten. Die Frontfläche der Skalenplatte 22 wird mit einer Deckschicht 28 (siehe 3) abgedeckt sein, welche die Zeichen für die Skalenanzeige trägt. Große Bereiche der Deckschicht werden lichtundurchlässig sein, aber manche Bereiche werden transparent sein, besonders die Indexmarkierungen um den Umfang jedes Zifferblatts herum, und die mit den Indexmarkierungen in Zusammenhang stehenden Indexziffern. Wenn die Skalenplatte 22 von hinten beleuchtet wird, werden die lichtundurchlässigen Teile des Zifferblatts dunkel bleiben, aber die durchscheinenden Bereich (d.h. die Zeichen) werden durch geleitetes Licht beleuchtet werden.
Die Platte 22 weist Öffnungen 30 auf, durch welche eine Spindel eines Zeigers 20 hindurchreichen kann. Die Kanten der Platte 22, welche die Öffnung 30 umgeben, sind in einem Winkel geformt, wie in 3 zu sehen ist; und die Deckschicht 28 endet kurz vor der Kante der Deckplatte der Platte 22, so daß durch die in Winkeln angeordneten Facetten 34 Licht nach oben zu der Unterseite der Nabe 36 des Zeigers 20 reflektiert werden kann. Der Winkel der Facetten 34 wird von der Stärke der Platte 22 abhängen, wird typischerweise aber um 45° betragen. Die Nabe 36 wird von ausreichend großem Durchmesser und ausreichend nahe der Platte 22 sein, so daß kein Licht zwischen der Nabe und der Deckschicht 28 austritt. In anderen Worten wird der Durchmesser des Lochs in der Deckschicht geringer sein als der Durchmesser der Nabe 36.
In 3 und den anderen Zeichnungen sind Lichtwege durch gestrichelte Linien angedeutet.
4 zeigt einen Abschnitt einer Platte 22 mit einem Loch 30 für eine Meßinstrumentspindel. Die Platte 22 ist mit einem Paar von Schlitzen 38 gebildet, welche sich direkt durch die Stärke der Platte 22 erstrecken und welche zur Position der Öffnung 30 für eine Zifferblattzeiger-Meßinstrumentspindel aufeinander zulaufen.
Eintretendes Licht wird durch gestrichelte Linien bei 40 angedeutet. Alles Licht, welches in den Mund zwischen den Schlitzen 38 eintritt, wird entweder direkt zu der Zeigerspindel durchtreten; oder das Licht wird, wenn es auf eine Kante eines der Schlitze 38 auftrifft, innen über die Lücke zwischen den Schlitzen reflektiert, bis das Licht die Kante der Meßinstrumentzeiger-Spindelöffnung 30 erreicht.
5 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie V-V, wobei die Schlitze 38 auf beiden Seiten der Öffnung 30 und der Facetten 34 gezeigt sind. Tatsächlich sind es die Innenflächen 35 der Schlitze 38, welche Facetten bereitstellen, durch welche einfallendes Licht intern innerhalb der Platte 22 reflektiert wird, und das Licht prallt zwischen den beiden Schlitzen 38 vor und zurück, bis es die Öffnung 30 erreicht.
Die Schlitze 38 sind gebogen, wobei ihre konkaven Oberflächen einander zuweisen.
In 9 ist einer der Schlitze 38a bei 42 unterbrochen, weil ein anderes Merkmal (in diesem Fall ein Meßinstrument-Montagevorsprung) die Position einnimmt, wo sonst der Schlitz gebildet würde. Ein kleiner Betrag eingefangenen Lichts geht möglicherweise durch die Lücke 42 verloren, aber der Betrag an verlorenem Licht wird nicht bedeutend sein.
6 zeigt einen Typ Lichtleitung bei 44, um Licht in eine Skalenplatte 22 einzubringen. Die Lichtleitung 44 ist eine rechteckiger, von der Rückseite der Platte 22 hochstehender Abschnitt, und besitzt eine obere Kantenfläche 46, welche zumindest zu etwas des von einer Lichtquelle 26 erzeugten Lichts senkrecht sein wird. Licht, welches in rechten Winkel zur Oberfläche oder nahe an dieser Ausrichtung auf die Oberfläche 46 trifft, wird wie durch die gestrichelten Linien 48 angedeutet durch die Leitung geführt werden; und wenn das Licht die Platte 22 selbst erreicht, wird es auf eine eingeformte Facette 50 einfallen, mittels welcher das Licht – in diesem Fall – nach links gelenkt wird, wo sich eine Öffnung 30 für einen Zifferblattzeiger befinden wird, wo Beleuchtung benötigt wird. Dieses Merkmal kann mit einfachem, preisgünstigem Werkzeug erzielt werden, welches keine Seitenkerne erfordert.
7 zeigt die Rückseite einer Skalenplatte in einer Ausführungsform, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, und welche eine Erweiterung dieses Frinzips veranschaulicht. In diesem Fall weist der Lichtleiter 144 eine U-förmige Aussparung 145 auf, innerhalb welcher die Lichtquelle 26 positioniert ist. Die Aussparung 145 besitzt daher drei getrennte Wände 146a, 146b und 146c, welche senkrechte Lichtstrahlen empfangen können, und die von diesem Licht innerhalb des Lichtleiters 144 genommenen Wege sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Man wird bemerken, daß die obere Fläche des Leiters 144 gewinkelte Schultern 147 aufweist, um das durch die Flächen 146a und 146c eintretende Licht intern zu reflektieren. Auf der Unterseite, wo der Leiter 144 auf die Platte 22 trifft, befinden sich zwei gegenüberliegende Winkelfacetten 151 und 152. Die Facette 151 wird auf sie auftreffendes Licht in eine Richtung hinter den Leiter 144 ablenken, wohingegen die Facette 152 Licht nach vorne lenken wird. Somit kann ein in einem Teil mit einfachem, preisgünstigem Werkzeug hergestelltes Merkmal Licht zu zwei verschiedenen Flächen reflektieren, die Zeiger aufnehmen.
8 zeigt eine Anordnung, in der ein Lichtleiter 244 so konstruiert ist, daß er Licht in Richtungen mit Winkeln von 90° zueinander lenken kann. Der Leiter 244 besteht aus zwei Wänden 244a und 244b in rechten Winkeln zueinander, mit Licht aufnehmenden Flächen 246a, 246b, 246c und 246d. Die Art und Weise, in welcher Licht durch diese Flächen hindurch übertragen wird, ist durch gestrichelte Linien angedeutet. Wenn das Licht die Platte 22 erreicht, kann es durch eine zu den Facetten 50, 151 und 152 ähnliche Facette entweder nach vorne oder nach hinten von der jeweiligen Wand 245a, 245b umgelenkt werden.
9 zeigt einen Teil eines gemäß der Erfindung konstruierten Tachometer-Zifferblatts. In dieser Zeichnung tragen Komponenten, die unter Bezug auf vorstehende Zeichnungen beschrieben wurden, die in diesen früheren Zeichnungen benutzten Bezugsnummern.
Licht von einer nicht gezeigten Quelle links der Zeichnung von 9 wird innerhalb der aufeinander zulaufenden Schlitze 38, 38a auf der linken Seite empfangen werden.
Licht von der linken Wand des Lichtleiters 244 wird im rechten Paar der Schlitze 38 empfangen werden.
Licht von der unteren Wand des Leiters 244 wird in einer Öffnung 330 für eine Kraftstoffmeßeinrichtung empfangen werden, und in diesem Fall wird ein zusätzlicher Schlitz 338 – ähnlich zu 38 von 4 – durch das Material der Platte hindurch gemacht, um gestreutes Licht zu sammeln, welches durch die Öffnung 330 hindurch gelangt, und um das Licht zu der Öffnung zurück zu reflektieren.
Die hier beschriebenen Merkmale erlauben – allein oder in Kombination miteinander – die Konstruktion einer Skalenplatte für eine Instrumententafel mit vorzüglichen Lichtumlenkungseigenschaften in einer kosteneffizienten Art und Weise. Die beschriebenen Merkmale können unter Verwendung von preisgünstigem, einfachem Werkzeug erzielt werden.
Es ist in allen Ausführungsformen zu bemerken, daß Licht von der Lichtquelle 26, welches nicht in einen Lichtleiter eintritt, verfügbar wird um als Hintergrundbeleuchtung für die nicht lichtundurchlässigen Teile der Deckschicht zu wirken.

Claims

Eine Lichtführungsanordnung zur Beleuchtung von Zeigern auf einer Anzeigtafel, wobei die Anordnung eine in Form hergestellte, durchscheinende Platte (22) umfaßt, die eine erste Seite besitzt welche einen Träger für die Anzeigetafel (28) bildet, und eine zweite Seite ; mindestens einen auf einer durch eine Öffnung (30) in der Platte hindurchreichenden Spindel (32) montierten Zeiger (20), wobei der Zeiger auf die erste Seite der Platte hin weisende, Licht empfangende Flächen besitzt, die angepaßt sind um Licht zu empfangen um den Zeiger zu beleuchten, wobei die Kanten der Öffnung gewinkelte Facetten (34) aufweisen, die angeordnet sind um Licht in die Licht empfangenden Flächen des Zeigers zu lenken; und von der Öffnung entfernte Vorrichtungen (46, 146, 246), um Licht in die durchscheinende Platte (22) einzubringen, wobei die Vorrichtungen zur Einbringung von Licht an die zweite Seite der durchscheinenden Platte (22) angeformte Lichtleiter (44) umfaßt, wobei mindestens einer der Lichtleiter Licht empfangende Flächen (146, 246) in mehr als einer Ebene aufweist; und Licht übertragende Kanäle in mehr als einer Ebene der Platte (22), die zwischen den ersten und zweiten Seiten mindestens ein Paar aufeinander zulaufender Facetten (38) aufweist, welche auf die Öffnung (30) hin aufeinander zulaufen, um zwischen den aufeinander zulaufenden Facetten (38) einfallendes Licht zu der Öffnung hin zu konzentrieren; und worin die aufeinander zulaufenden Facetten (38) mit ihren konkaven Seiten einander zuweisend gebogen sind.
Eine Anordnung wie in Anspruch 1 beansprucht, in der die aufeinander zulaufenden Facetten die Kanten von durch das Material der Platte (22) hindurch gebildeten Schlitzen (38) sind.
Eine Anordnung wie in Anspruch 1 beansprucht, in der die aufeinander zulaufenden Facetten (38) innerhalb des Materials der Platte (22) gebildet sind.
Eine Anordnung wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, in der die erste Seite der Platte mit einer Deckschicht (28) bedeckt ist, welche einige durchscheinende Bereiche und einige lichtundurchlässige Bereiche aufweist, und in der die aufeinander zulaufenden Facetten (38) alle hinter lichtundurchlässigen Bereichen der Deckschicht angeordnet sind.
Eine Anordnung wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, in der zwei Paare von aufeinander zulaufenden Facetten (38) bereitgestellt werden, die in Richtung der Öffnung (30) von verschiedenen Richtungen aufeinander zulaufen, um Licht von zwei verschiedenen Lichtquellen auf die Öffnung hin zu konzentrieren.
Eine Anordnung wie in Anspruch 5 beansprucht, in der die beiden Paare von aufeinander zulaufenden Facetten durch zwei Schlitze (38) bereitgestellt werden, welche sich jeder auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung erstrecken und einander nähern, während sie sich der Position der Öffnung (30) von beiden Seiten nähern.
Eine Anordnung wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, einschließlich mindestens zweier auf durch Öffnungen (30) in der Platte hindurchreichenden Spindeln (32) montierter Zeiger, wobei jeder Zeiger Licht empfangende Flächen aufweist, die in Richtung der ersten Seite der Platte weisen und angepaßt sind um Licht zu empfangen, um den Zeiger zu beleuchten; worin Licht von einer einzelnen Lichtquelle in eine erste Richtung auf einen ersten Zeiger hin gelenkt wird, und in eine zweite Richtung auf einen zweiten Zeiger hin.
Eine Anordnung wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, in der die aufeinander zulaufenden Facetten ein Paar von durch die Stärke der Platte (22) hindurch gebildeten Schlitzen (38) umfaßt, um Oberflächen zu bilden, an welchen innerhalb der Platte (22) laufendes Licht intern vollkommen innerhalb der Platte (22) reflektiert wird, und worin die Schlitze (38) relativ zu einem Punkt auf der Platte (22) gebogen sind, so daß von verschiedenen Teilen entlang der Länge der Schlitze reflektiertes Licht zu diesem Punkt gelenkt wird.
Eine Anordnung wie in Anspruch 8 beansprucht, in der die Schlitze (38) relativ zu einem Punkt auf der Platte angeordnet sind, so daß von unterschiedlichen Schlitzen oder von unterschiedlichen Teilen entlang der Länge eines Schlitzes reflektiertes Licht zu diesem Punkt gelenkt wird.