DE69833573T2 - Optische wellenleiter für fahrzeugbeleuchtung - Google Patents

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Keith Lloyd Cookeville BUCHER
Burr James Cookeville ANDERSON
O. Ronald Yorktown WOODWARD
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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft verteilte Beleuchtungssysteme.
  • Hintergrund
  • Verteilte Beleuchtungssysteme verteilen Licht von einer oder mehreren Lichtquellen an zentralen Orten an einen oder mehrere entfernte Orte. Ein verteiltes Beleuchtungssystem verspricht mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Beleuchtungstechniken, einschließlich niedrigen Energieverbrauchs, erweiterter Lebensdauer, Wärmeverringerung, wo das Licht emittiert wird, und gesteigerte Gestaltungsflexibilität.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung liefert ein verteiltes Beleuchtungssystem (DLS) zur Benutzung, z.B., in einem Automobil, und Teile eines solchen Systems. Fragen, die mit dem Einbau eines verteilten Beleuchtungssystems in ein Automobil verbunden sind, werden behandelt von Hulse, Lane, und Woodward, in "Three Specific Design Issues Associated with Automotive Distributed Lighting Systems: Size, Efficiency and Reliability" SAE Fachbeitragsserie, Veröffentlichungs-Nr.: 960492; die vorgelegt wurde auf dem SAE International Congress and Exposition, Detroit, MI, 26.-29. Februar, 1996, und Hulse and Mullican in "Analysis of Waveguide Geometries at Bends and Branches for the Directing of Light," SAE Fachbeitragsserie, Veröffentlichungs-Nr.: 981189.
  • Ein zweckmäßiges verteiltes Beleuchtungssystem für ein Automobil, muss Fragen der Größe, Effizienz und Funktionssicherheit angehen. Zu diesem Zweck, kann ein DLS fokuslose optische Komponenten einsetzen, wie Kollektorelemente und Wellenleiter. Diese Komponenten sind kostengünstig herzustellen, da sie aus Kunststoff (z.B., Acryl), in einem Spritzgussverfahren gebildet werden können. Zusätzlich, haben sie eine hohe Sammeleffizienz und sind sehr kompakt. Ein Kollektorelement kann, z.B. kleiner als ein Kubik-inch (16,4 Kubikzentimeter) sein. Komponenten, die große Hitzepegel handhaben müssen (z.B. Komponenten, die in der Nähe der Lichtquelle angeordnet sind), können ein Ventilationssystem erfordern, oder können Anteile aus hitzeresistenten Materialien beinhalten, wie z.B. Glas oder PyrexTM.
  • Eine Hochleistungsentladungs-(HID)Quelle kann als eine primäre Lichtquelle für eine besondere Beleuchtungsfunktion, wie z.B. als ein Scheinwerfer, und als eine Lichtquelle für andere Beleuchtungsfunktionen überall in dem Fahrzeug als Teilsysteme wirken. Lichtquellen, anders als eine HID-Quelle, wie Hochleistungsinfrarot-, Halogen-, Steck- bzw. Kassettenglühbirnen (cartridge bulbs), Glühbirne einer Platine bzw. PC-Glühbirne (printed ciruit (PC) bulbs), und andere Gasentladungs- und Glühbirnen, können benutzt werden. Das Teilsystem kann fokuslose Optiken einsetzen, um Licht von einer Lichtquelle zu empfangen und weiterzuleiten. Fokuslose optische Komponenten beinhalten optische Wellenleiter- und Kollektorelemente, wie sie z.B. in den nachstehenden U.S. Patenten mit den Nummern: 5,791,756 betitelt "Distributed Lighting System" und 5,812,714, betitelt "Optical Waveguide Elements for a Distributed Lighting System" beschrieben werden.
  • Ein im Fahrzeug verteiltes Beleuchtungssystem (DLS) kann verschiedene Arten von optischen Wellenleiterstrukturen einbeziehen, um Licht überall in dem Fahrzeug zu verteilen, einschließlich Verbindungsstellen, Elemente mit Epoxischichten, Kollektoranteile mit gequetschtem Ende, integrierten Installationsrasten, integrierten Eingangsoptiken und integrierten Ausgangslinsen. Das DLS kann auch Wellenleiterstrukturen enthalten, um die Beleuchtung zu Teilen des Fahrzeuginnenbereiches einschließlich besonders Teile beleuchtet von, und in, einer Türkonsole zu liefern.
  • Ein verteiltes Beleuchtungssystem für den Innenbereich eines Fahrzeugs, wird beschrieben in dem US Patent Nr.: 5,647,657, wobei eine Mehrzahl von elektrisch aktivierten Lichtquellen, von denen jede Reflektoren für das Konzentrieren von Licht in entsprechende Lichtverteilungsleitungen aufweist, die Lichtquellen und verbundene Leitungen räumlich verteilt werden, um die Länge von einzelnen Leitungen zu reduzieren und in Gruppen betrieben werden, zum Erzielen einer Beleuchtung von verschiedenen Bereichen.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, weist eine optische Wellenleiteranordnung zum Verteilen von Licht innerhalb einer Fahrzeugtürkonsole einen Zentralstellenabschnitt oder Blockwellenleiter auf, der angeordnet ist, verbunden zu werden, Licht von einer Lichtquelle zu empfangen und empfangenes Licht über innerliche Reflexion an eine Vielzahl von Wellenleitern weiterzuleiten, die sich davon erstrecken, wobei die Wellenleitern angeordnet sind, sich bei Verwendung mit einer Fahrzeugtürkonsole, zu Lichtausgaben der Türkonsole zu erstrecken und ist gekennzeichnet durch Tragearme, die mit den Wellenleitern verbunden sind und sich zwischen ihnen betriebsfähig erstrecken, um die Wellenleiter in Bezug auf die in Verwendung stehende Konsole zu tragen.
  • Die Wellenleiter und Tragearme können aus einem einzelnen Stück von festem Material gebildet werden. Das feste Material kann Spritzgusskunststoff sein.
  • Die optische Wellenleiteranordnung kann einen kompakten Beleuchter als die Lichtquelle einschließen. Der kompakte Beleuchter kann einschließen ein Gehäuse das eine reflektierende Innenseitenoberfläche aufweist, eine Glühbirne positioniert innerhalb des Gehäuses, und einen optischen Wellenleiterausgabeanschluss der einen optischen Wellenleiter in Position hält um Licht von der Glühbirne zu empfangen.
  • Der kompakte Beleuchter kann ein Gehäuse, das offene Enden enthält, um Wellenleitern zu empfangen und einen Reflektor, der innerhalb des Gehäuses positioniert ist, einschließen. Der Reflektor kann Abschnitte mit offenem Ende, einen zentralen Abschnitt zwischen den Endabschnitten, eine Lichtquelle positioniert innerhalb des Zentralabschnittes und Seitenwände die sich zwischen den Endabschnitten erstrecken und mindestens teilweise den Zentralabschnitt umschließen, enthalten. Die Seitenwände können einwärts in Richtung der Lichtquelle herausragen.
  • Die optische Wellenleiteranordnung kann Lichtausgabeelemente, positioniert an den Enden der Zweigwellenleiter aufweisen. Das Lichtausgabeelement kann ein optisches Wellenleiterausgabeelement sein. Das Wellenleiterausgabeelement kann eine Eingabefläche und einen Übemagungsabschnitt aufweisen, der sich von der Eingabefläche aus erstreckt. Der Übertragungsabschnitt kann an einem Ende aufgeweitet sein, um einen konischen Endabschnitt zu bilden, der eine konvexe Linse an einem Ende des konischen Endabschnittes aufweist.
  • Das Lichtausgabeelement kann ein Wellenleiterbogen sein. Der Wellenleiterbogen kann ein Krümmungsverhältnis aufweisen, das weniger als 3:1 oder weniger als 1:1 beträgt.
  • In einer anderen Form einer optischen Wellenleiteranordnung zur Verteilung von Licht innerhalb einer Türkonsole, enthält der Zentralstellenabschnitt eine zylindrische Hülse, die so angeordnet ist, um Licht von einer Lichtquelle zu empfangen und aufzunehmen. Die Hülse weist eine zentrale Achse auf. Ein Wellenleiterkragen ist aus einem festen planaren Block von Material gebildet, das einen mittleren Abschnitt aufweist, um die Hülse und die Ausgabezweige die sich von dem zentralen Abschnitt aus erstrecken, aufzunehmen und zu umgeben und die Vielzahl von Wellenleitern umfasst. Alternativ kann die Hülse ausgelassen und die Quelle in der zentralen Position direkt aufgenommen werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugtürkonsole durch die optische Wellenleiteranordnung gekennzeichnet, wie in Anspruch 1 bestimmt.
  • Des Weiteren, ist ein Fahrzeug das eine Tür mit einer unteren Türfläche aufweist, die eine Bodenfläche des Fahrzeugs berührt wenn die Tür geschlossen ist, wobei die Türfläche von der Unterseite des Fahrzeuges versetzt ist, gekennzeichnet durch das Aufweisen einer Fahrzeugtür, die gebildet ist, wie in dem vorangehenden Abschnitt dargelegt.
  • Das Fahrzeug kann eine optische Wellenleiteranordnung aufweisen, in welcher sich mindestens einer von der Vielzahl der Wellenleitern zu der unteren Fläche der Tür erstreckt, verbunden mit der Türkonsole hiervon und der Bodenabschnitt kann einen Wellenleiterabschnitt beinhalten, der sich zur Fahrzeugunterseite erstreckt, der angeordnet ist, um die untere Fläche der Tür zu berühren wenn sie geschlossen ist, so dass Licht von dem Türwellenleiter und Bodenabschnitt des Fahrzeuges verlaufen kann, um einen Bereich unterhalb des Fahrzeugs zu beleuchten und einen Bereich unterhalb der Tür zu beleuchten wenn die Tür geöffnet ist.
  • Ein Konsolen-DLS, liefert mehrere Vorteile. Z.B. vermeidet es den Bedarf nach einer elektrischen Verkabelung, mehrere Lichtglühbirnen, Steckern und Leiterplatten innerhalb der Konsole. Die einzelne, hoch funktionssichere Lichtquelle in dem DLS kann jede der Beleuchtungsanforderungen zu bestimmten Beleuchtungsfunktionen erfüllen. Die Quelle kann durch eine Zugangsöffnung in der Konsole zugänglich sein, so dass sie leicht ersetzt werden kann, ohne die Konsole zu entfernen. Zusätzlich kann die Lichtquelle an einem anderen Ort innerhalb des Fahrzeugs fixiert werden, wie unter dem Armaturenbrett. Licht kann von der Lichtquelle zu der Konsolenwellenleiteranordnung durch einen Wellenleiter, eine Wellenleiterverbindungsstelle oder eine optische Faser die von dem Fahrzeugaufbau in die Konsole übergeht, übertragen werden. Solch eine Ausstattung reduziert die elektrische Verkabelung, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Konsolen erforderlich ist, was die Komplexität und die Fertigungskosten reduziert. Zusätzlich kann die Konsolenwellenleiter aus einem einzelnen Stück von Spritzgusskunststoff gebildet sein, was die Fertigungskosten weiter reduziert.
  • Andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, einschließlich der Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1-5 zeigen kompakte Beleuchtungskassetten.
  • 6 ist eine Draufsicht auf einen optischen Wellenleiter.
  • 7 und 8 sind Seiten- und Unteransichten einer Wellenleiterverbindungsstelle.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Epoxy-beschichteten optischen Wellenleiters.
  • 10-12 sind Seitenansichten von nicht konischen und konischen Wellenleitereingängen.
  • 13 und 14 sind Seitenansichten von Wellenleitersektionen, die integrierte Installationskomponenten und eine integrierte Ausgabestruktur aufweisen.
  • 15 ist eine Seitenansicht eines undichten Wellenleiterbogens und einer Fokussierungslinse.
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Verteilers.
  • 17 ist eine Seitenansicht eines optischen Verteilers.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht eines Wellenleiterkragens mit vier Arme.
  • 19 ist eine Draufsicht des Wellenleiterkragens von 18.
  • 20 ist eine Seitenansicht einer Lichtquelle mit einer zylindrischen Hülse.
  • 21 und 22 sind perspektivische Ansichten von Lichtquellen mit zylindrischen Hülsen.
  • 23 ist eine Seitenansicht geschichteter Wellenleiterkragen.
  • 24 ist eine Draufsicht eines Wellenleiterkragens.
  • 25 ist eine Seitenansicht eines Wellenleiterkragens.
  • 26 ist eine perspektivische Ansicht eines Wellenleiterkragens von oben.
  • 27 ist eine Draufsicht eines Wellenleiterkragens.
  • 28 ist eine Draufsicht eines Wellenleiterkragens mit zwei Armen.
  • 29 und 30 sind perspektivische Ansichten von Wellenleiterkragen mit zwei Armen und integrierten Ausgabelinsen.
  • 31 ist ein Lichtstrahlendiagramm für einen Wellenleiterkragen, mit zwei Armen und zwei Ausgabelinsen.
  • 32 ist eine perspektivische Ansicht einer Wellenleiterstruktur, die eingebettete Wellenleiter aufweist.
  • 33 ist eine Draufsicht einer Wellenleiterstruktur, die einen eingebetteten Wellenleiter und eine zylindrische Hülse aufweist.
  • 34 ist eine perspektivische Ansicht einer Wellenleiterstruktur, die erhöhte Wellenleiter mit abgewinkelten Eingangsflächen aufweisen.
  • 35 ist ein Lichtstrahlendiagramm für die Wellenleiterstruktur von 34.
  • 36 ist ein Seitenlichtstrahlendiagramm für die Wellenleiterstruktur der 34.
  • 37 ist eine Seitenansicht von erhöhten Wellenleitern, die auf der Deckfläche einer Wellenleiterstruktur befestigt sind.
  • 38 ist eine Seitenansicht von eingebetteten Wellenleitern, die sich von den oberen und unteren Oberflächen einer Wellenleiterstruktur aus erstrecken.
  • 39 ist eine Endansicht, die einen Kanal unter einem Wellenleiter zeigt, der auf der Deckfläche einer Wellenleiterstruktur befestigt ist.
  • 40 ist eine Endansicht, die einen Kanal mit geneigten Seiten unter einem Wellenleiter zeigt, der auf der Deckfläche einer Wellenleiterstruktur befestigt ist.
  • 41 ist eine Seitenansicht einer Fahrzeugtürkonsole mit einem verteilten Beleuchtungssystem.
  • 42 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugtürkonsolenwellenleiteranordnung.
  • 43 ist eine Seitenansicht einer Fahrzeugtürkonsolenwellenleiteranordnung.
  • 44-46 sind perspektivische Ansichten, der Abzweigung zwischen Zweigwellenleitern und Tragearmen, in einer Fahrzeugtürkonsolenwellenleiteranordnung.
  • 47 und 48 sind Blockdiagramme einer Verbindung Sicherheits-/Außen-Licht
  • Beschreibung
  • Gemäß der Erfindung ist ein optischer Wellenleiter geeignet, zum Verteilen von Licht innerhalb der Türkonsole eines Fahrzeugs und erlaubt eventuell die Ausgabe von Licht von der Tür. Formen einer solchen optischen Wellenleiteranordnung werden nachstehend im Detail mit Bezug auf die 41 bis 48 beschrieben, wobei jedoch, um die Strukturen, die in der Anordnung benutzt werden, völlig zu verstehen, zuerst Beschreibungen von verschiedenen optischen Bestandteilen gegeben werden, die in solch einer Anordnung anwendbar sind und zwar in Bezug auf die 21 bis 60.
  • Kompakte Beleuchtung
  • Bezug nehmend auf 1, kann ein kompakter Beleuchter 900 als eine Lichtquelle verwendet werden. Der Beleuchter 900 schließt ein Gehäuse 905 ein, das reflektierende, hitzeableitende innere Oberflächen 910 aufweist. Eine Lichtquelle 915 ist in dem Zentrum des Gehäuses 905 positioniert. Wellenleitersammelelemente 220 sind um die Lichtquelle herum positioniert.
  • Wie aus 2 ersichtlich, schließt eine andere Ausstattung des kompakten Beleuchters 920 einen Reflektor 905 mit reflektierenden, hitzeableitenden Oberflächen 910 ein. Die reflektierenden Oberflächen 925 nächst der Lichtquelle 915 sind abgewinkelt, um effizienter Licht zu den Ausgabeanschlüssen 930 zu leiten. Dennoch können die Oberflächen 925 auch eher gebogen (z.B., parabelförmig oder elliptisch in der Gestalt), als eben sein. Der Reflektor 905 schießt Luftlöcher 935 ein, um die Hitze in dem kompakten Beleuchter 920 zu reduzieren. Der Reflektor 905 ist leicht gebildet aus einem oder zwei Stücken geprägten Metalls, resultierend in niedrigen Herstellungskosten. Die reflektierenden Oberflächen 925 können durch eine Aufdampfauftragung auf Kunststoff oder andere Materialien gebildet werden. Wie aus 3 ersichtlich, kann der kompakte Beleuchter 920 ein Gehäuse 950 aufweisen, das den Reflektor 905 umgibt. Das Gehäuse kann sich über die Kanten der Ausgabeanschlüsse 930 erstrecken, um Halt für an den Ausgabeanschlüssen 930 positionierte, optische Wellenleiter zu liefern. Die Wellenleiter 955 können an den rechtwinkligen Ausgabeanschlüssen 930 angelehnt sein und können Eingabeflächen aufweisen, die in der selben Größe wie die Ausgabeanschlüsse 930 sind. Alternativ, können die Ausgabeanschlüsse 930 und die Wellenleiter 955 rund sein. Zusätzlich können die Faseroptikleiterkanäle an Stelle der Wellenleiter 955 verwendet werden. Eine solche Ausstattung liefert eine effiziente Lichtsammlung von der Lichtquelle. Das Gehäuse 950 schließt Luftlöcher 957 ein, die angepasst mit den Luftlöchern 935, des Reflektors 905 sind.
  • 4 zeigt ein Beispiel von Lichtstrahlen 965, die ein Netzwerk redundanter Kompaktbeleuchter 920 und 921 durchlaufen. Die Beleuchter weisen Gehäuse 950 und 951 auf und sind durch optische Wellenleiter 955 und 956 verbunden. Die Beleuchter können auch direkt ohne einen dazwischen liegenden Wellenleiter verbunden werden. Die Lichtstrahlen 965 beginnen in einer ersten Lichtquelle 916, in dem ersten Beleuchter 921. Die Lichtstrahlen 965 durchlaufen einen Wellenleiter 956, der mit dem zweiten Beleuchter 920 verbunden ist, durchlaufen den zweiten Beleuchter 920 und werden ausgegeben zu einem zweiten Wellenleiter 955. Der zweite Wellenleiter 955 kann zu einem Verteilungsnetzwerk führen oder zu einer Ausgabevorrichtung, wie dem Innenbereich für ein Fahrzeug.
  • Eine solche Ausstattung liefert in geeigneter Weise eine Lichtquellenredundanz. Falls beide Lichtquellen 915 und 916 arbeiten, dann bündelt sich ein Teil des Lichtes von der zweiten Lichtquelle 915, mit dem Licht das von der ersten Lichtquelle 916, innerhalb des zweiten Beleuchters 920, empfangen wird. Das gebündelte Licht wird an den zweiten Wellenleiter 955 ausgegeben. Falls eine der Lichtquellen ausfällt, wird die andere Quelle fortfahren, Licht zu der Ausgangsvorrichtung oder dem Verteilungsnetzwerk zu liefern, jedoch auf einem reduzierten Lichtlevel.
  • 5 zeigt eine Dual-Quelle, einen Hybridkompaktbeleuchter 970, der eine direkte Beleuchtungsfunktion durch eine Linse 972, die eine Seite des Gehäuses 974 abdeckt und eine verteilte Beleuchtungsfunktion durch einen Wellenleiterausgabeanschluss 976 liefert. Das Gehäuse 974 kann aus Metall oder Kunststoff (z.B., Spritzgusskunststoff) gebildet sein. Der Hybridkompaktbeleuchter 970, weist reflektierende Innenwände und eine primäre Lichtquelle 978 auf, wie eine Kassettenglühbirne. Die Innenwände können gekrümmt sein, um einen Reflektor zu bilden, um die Lichtbündelung effizient zu erhöhen. Der Wellenleiterausgabeanschluss 976 ist so konfiguriert, dass ein optischer Wellenleiter in den Anschluss eingefügt werden kann und mit einem Haftmittel wie z.B. Epoxidharz oder durch technische Hilfsmittel in Position gehalten wird, wie ein Wellenleiterverbinder.
  • Der Wellenleiterausgabeanschluss 976 ist so positioniert, dass die Eingabefläche des eingesetzten optischen Wellenleiters, effizient Licht von der primären Lichtquelle empfängt. Das Ende des eingesetzten Wellenleiters kann optische Sammelbestandteile oder Linsen aufweisen, die an die Eingabefläche, wie oben beschrieben, angeformt sein kann.
  • Der Dualquellenhybridkompaktbeleuchter 970 weist auch eine sekundäre Lichtquelle auf, z.B., eine Steck- bzw. Kassettenglühbirne, oder eine PC-Glühbirne in einer Abteilung 980, die von der Seite des Gehäuses 974 herausragt (eine Einzelquellenhybridkompaktbeleuchter, der nur eine primäre Lichtquelle aufweist, ist auch möglich). Die sekundäre Lichtquelle kann für Beleuchtungsfunktionen benutzt werden, die eine Lichtquelle mit geringerer Leistung und eine längeren Lebensdauer erfordern. Das Abteil 980 kann einen Wellenleiterausgabeschacht aufweisen, um eine verteilte Beleuchtungsfunktion zu liefern, oder eine Ausgabelinse, um eine direkte Beleuchtungsfunktion zu liefern.
  • Alternativ kann das Abteil 980 zum Innenraum des Gehäuses geöffnet sein, und kann sich in das Gehäuse hinein erstrecken. Das Gehäuse kann so positioniert sein, dass die sekundäre Lichtquelle, im Fall eines Fehlers der primären Lichtquelle 978, die Beleuchtung für die direkten und die verteilten Beleuchtungsfunktionen liefert. Luftlöcher 982 und Installationsmontagelöcher 984 werden auch geliefert.
  • Der kompakte Beleuchter weist eine kompakte Größe auf, bleibt kühl und reduziert Beleuchtungsplatzierungsfehler, welches die Leistungsfähigkeit erhöht. Der kompakte Beleuchter liefert auch einen geeigneten Baustein, für ein redundantes Netzwerk, um Innen- oder Außenbeleuchtungsfunktionen zu liefern, und kann leicht in ein verteiltes Beleuchtungssystem eingebaut werden. Zusätzlich, bietet der Hybridkompaktbeleuchter beides, direkte und ein verteilte Beleuchtungsfunktionen.
  • Durch Kombinieren zweier Quellen in eine einzelne Einheit, liefert die Dualquelle, Hybridkompaktbeleuchter sowohl Licht für verschiedene Beleuchtungsfunktionen, sowie Lichtquellenredundanz, während der Verringerung der Komplexität und der Herstellungskosten. Z.B. kann eine einzelne Schaltung benutzt werden, um die zwei Quellen zu lenken. Zusätzlich, verringert die Dualquelleneinheit die Anzahl der Teile in einem System, was wiederum die Kosten und die Komplexität reduziert.
  • Wellenleiterstrukturen
  • Das DLS verbindet verschiedene Arten von optischen Wellenleiterstrukturen, um Licht überall in dem Fahrzeug zu verteilen. Diese beinhalten, Verbindungsstellen, Elemente mit Epoxibeschichtungen, Sammelabschnitte mit gequetschtem Ende, integrierte Installationsrasten, integrierte Eingabeoptiken und integrierte Ausgabelinsen. Das DLS schließt außerdem ein, Wellenleiterstrukturen um Beleuchtung zu Abschnitten des Fahrzeuginnenbereiches, einschließlich Becherhalter, Unterstützungsgriffe, und Ablagefächer.
  • Verschiedene Arten von Wellenleiterstrukturen können in dem DLS benutzt werden, um Licht von den Quellen zu den Beleuchtungsausgängen zu übertragen. Bezug nehmend auf 6, kann ein Basiswellenleiter 1000 aus optischem transparentem Material, wie z.B. Acryl oder Glas gebildet sein. Falls der Wellenleiter aus Acryl oder einem ähnlichen gebildet ist, kann er unter Verwendung eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden. Die Herstellung von Wellenleiterelementen unter Verwendung des Spritzgusses, hat sehr geringe Herstellungskosten, gegenüber einer Faseroptik zur Folge. Zusätzlich, sind geformte Acrylwellenleiterelemente starrer als Faseroptiken, können in Roboter eingebaut werden und erfordern generell keine Instandhaltung. Wellenleiterelemente können auch viel kleinere Bogenradien als Faser erzielen.
  • Eine Lichtstrahl 1005 tritt ein durch die Eingabefläche 1010, verläuft durch den Wellenleiter 1000 bis die Lichtstrahl 1005 eine andere Oberfläche 1015 des Wellenleiters 1000 erreicht (d.h., eine Schnittstelle zwischen dem Material, dem Wellenleiter 1000 und Luft). Auf der äußeren Oberfläche 1015, wird das Licht gemäß dem Snellschen Gesetz (zur Aufweitung bzw. Verengung des Strahls) reflektiert. Wenn der Einfallswinkel (θi) der Lichtstrahl 1005 auf der äußeren Oberfläche 1015, weniger als der Grenzwert, bezeichnet als der Grenzwinkel (θc) ist, dann wird die Lichtstrahl 1005 intern reflektiert, ohne das Licht austritt. Dieses Phänomen ist bekannt als Totalreflexion. Der Grenzwinkel hängt von dem Brechungsindex des Materials, aus dem der Wellenleiter besteht, relativ zu dem, des Materials, von dem es umgeben ist, (z.B., Luft). Wenn, z.B. der Wellenleiter aus Acryl gemacht wäre, welches einen Brechungsindex von ungefähr 1.5 hat, und von Luft umgeben wäre, wäre der Grenzwinkel θc: θc = Arc sin(na/nb) = Arc sin(1/1.5) = 41.8wobei na der Brechungsindex von Luft (1.0) und nb der Brechungsindex von Acryl (1.5) ist.
  • Wellenleiterverbindungsstelle
  • Bezug nehmend auf die 1 und 8, kann eine Wellenleiterverbindungsstelle 1100 benutzt werden, um Licht in dem DLS zu verteilen. Z. B., kann die Verbindungsstelle benutzt werden, um Licht zu einer Tür des Fahrzeugs zu liefern. Die Wellenleiterverbindungsstelle 1100 weist einen Blockabschnitt 1105, mit einem konvex gebogenen Ende 1110 auf. Die Verzweigungsabschnitte 1115 weisen konvex gebogene Enden 1120 auf, angrenzend an den Blockabschnitt 1105. Die Verzweigungsabschnitte können durch ein Kunststoffband 1125, das die Verbindungsstellenregion umgibt oder durch Epoxyd oder Rasten in Position gehalten werden. Die Lichteingabe zu dem Blockabschnitt 1105 ist im Wesentlichen entlang der Verzweigungen aufgeteilt. Die Verzweigungen 1115 können positioniert sein, um Licht zu verschiedenen Abschnitten des Fahrzeugs zu tragen. Mit dieser Ausstattung ist es möglich, die Verzweigungen 1115 im Falle von Anordnungsänderungen anders auszustatten.
  • Epoxid, das einen annähernd zu dem des Wellenleiters gleichen Brechungsindex aufweist, d.h., es ist Index-angepasst, kann benutzt werden, um die Verzweigungen 1115 in Position zu halten. Die Verbindungsstelle 1100 kann, nur eine Verzweigung 1115 aufweisen, die benutzt wird, um die Richtung des Blockes 1105 zu ändern oder um eine schwenkbare Verbindung zu liefern. Eine schwenkbare Verbindung, benutzend die Verbindungsstelle 1100, kann z.B. in einer Fahrzeugtür installiert sein. Ein Index-angepasstes Fluid, kann benutzt werden, um zu schmieren und die Unstetigkeit an der Schnittstelle zwischen dem Block 1105 und der Verzweigung 1115 zu reduzieren, was den Verlust durch die Verbindungsstelle 1100 reduzieren wird.
  • Epoxy Beschichtung
  • Bezug nehmend auf 9, kann ein Wellenleiterkern 1200, in eine Schicht aus Epoxy 1205 eingeschlossen sein. Die Epoxybeschichtung 1205, kann durch Eintauchen des Wellenleiterkerns 1200 (der z.B. aus Acryl gebildet sein kann), in einem Becken voller Epoxy oder durch Aufsprühen, angelegt werden und der Beschichtung erlauben zu trocknen. Das Epoxy 1205 hat einen geringeren Brechungsindex, als der Wellenleiter 1200, sodass die meisten der Lichtstrahlen 1210 die den Wellenleiterkern durchlaufen, an der Acryl/Epoxy-Schnittstelle 1215, intern reflektiert werden. Ein Teil der Lichtstrahlen, wird an der äußeren Epoxy/Luft-Schnittstelle 1220 reflektiert. Die Verteilung von Licht in dem Wellenleiter scheitelt sich im Mittelpunkt des Wellenleiters, und nimmt in Richtung der Kanten des Wellenleiters ab. Insgesamt, ist ein signifikanter Teil des Lichtes, innerhalb des Wellenleiterkerns begrenzt, und nur ein kleiner Teil des Lichtes, reicht über die äußere Epoxy/Luft-Grenze 1220 hinaus.
  • Die Epoxybeschichtung 1205 bietet mehrere Vorteile gegenüber einem unbeschichteten Wellenleiter. Z.B. können Fremdstoffe auf der Oberfläche eines unbeschichteten Wellenleiters verursachen, dass Licht an der Wellenleiter/Luft-Schnittstelle gestreut und außerhalb des Wellenleiters übertragen wird, anstatt das es total reflektiert wird, was den Verlust in dem unbeschichteten Wellenleiter steigert. Die Epoxyschicht 1205 steigert die Distanz zwischen den Fremdstoffen und dem Wellenleiterkern 1200, was die Menge des Lichtes reduziert, das die Wellenleiter/Luft-Schnittstelle 1220, des beschichteten Wellenleiters erreicht. Zusätzlich, können Kunststoffbeschichtungen an den Außenschichten der Epoxyschicht angelegt werden und Halterungen und andere Vorrichtungen können auf den äußeren Schichten, mit reduziertem Effekt auf die Lichtübertragung durch den Wellenleiter 1200, hinzugefügt werden. Man könnte auch einen Wellenleiter, gebildet aus Polycarbonat (das einen Brechungsindex von 1.58 hat), mit einer äußeren Epoxybeschichtung (die einen Brechungsindex von 1.4 hat), nutzen. Alternativ könnte man einen Wellenleiter benutzen, der einen Glaskern aufweist und eine äußere Beschichtung, die einen niedrigeren Brechungsindex aufweist.
  • Wellenleiter mit gequetschtem Ende
  • Wie aus den 10-12 ersichtlich, kann ein Wellenleiter 1300 ein gequetschtes Ende aufweisen, das als ein Sammelelement 1305 fungiert. Das Sammelelement 1305, steigert den Akzeptanzwinkel (α) des Wellenleiters 1300 und steigert dadurch die Lichtsammeleffizienz. Das Ende des Wellenleiters 1300 kann in zwei Dimensionen gequetscht sein, um ein im Wesentlichen trapezförmiges Sammelelement 1305 zu bilden. Das Sammelelement 1305 kann an dem Ende eines Wellenleiters 1300 gebildet sein, der einen rechtwinkligen, runden oder einen andersförmigen Querschnitt hat.
  • Z.B., zeigt 10 einen Wellenleiter 1310, ohne ein gequetschtes Ende. Licht 1315, tritt von einer Lichtquelle 1320, in den Wellenleiter 1310, mit einem Winkel von 45° ein. An der Eingabefläche 1325, wird das Licht gemäß dem Snellschen Gesetz unter Bildung eines Winkels von 26°, bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Eingabefläche abgelenkt. Das Licht erreicht die äußere Kante 1327 des Wellenleiters unter einem Winkel von 26° und ist innerhalb des Wellenleiters durch eine innerliche Reflexion begrenzt.
  • 11 zeigt einen Wellenleiter 1300, mit einem gequetschten Ende. Licht tritt in die Eingabefläche unter einem Winkel von 55° ein. Folglich kann der Akzeptanzwinkel des gequetschten Wellenleiters 1300 größer gemacht werden, als der Akzeptanzwinkel des Wellenleiters 1310, ohne dem gequetschten Ende.
  • An der Eingabefläche 1325, wird das Licht unter Bildung eines Winkels von 31°, bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Eingabefläche 1325 abgelenkt. Das Licht erreicht die Außenkante 1327 des Wellenleiters unter einem Winkel 26°, (da die geneigten Wände 1330, des gequetschten Abschnittes, um 5° nach innen gewinkelt sind) und ist innerhalb des Wellenleiters durch innerliche Reflexion begrenzt.
  • Wie aus 12 ersichtlich, kann das gequetschte Ende des Wellenleiters 1300 so gebildet sein, dass ein Überschuss von Material an der Spitze des Wellenleiters 1300 nach außen aufwölbt, um eine Linse 1335 mit einer gewünschten Brennweite zu bilden. Die Linse 1335 fokussiert empfangenes Licht, was den Akzeptanzwinkel des Wellenleiters 1300 weiter steigert.
  • Integrierte Installations- und Verbindungselemente
  • Die Wellenleiter können als ein Satz von Standartkomponenten gebildet sein, die leicht miteinander verbunden und als Bausteine für verschiedene Anwendungen benutzt werden können. 13 zeigt z.B. Wellenleiter 1400 und 1405, die integrierte Installationselemente, wie Rasten 1410 und Rastklinken 1415 aufweisen. Rasten 1410 können während des Spritzgusses des Wellenleiters 1400 gebildet werden und liefern ein geeignetes Mittel zur Sicherung des Wellenleiters 1400, innerhalb des Fahrzeuges. Die Rasten sind in der Größe und dem Winkel angepasst, um den Lichtverlust durch die Rasten zu minimieren. Z.B., kann die Raste einen Winkel von 60° mit dem Wellenleiter bilden (in der Richtung, in der das Licht durch den Wellenleiter wandert). Das Fahrzeug kann Klammern zum Aufnehmen der Rasten 1410 aufweisen oder eine Schraube kann in eine Raste 1410 eingefügt sein, um den Wellenleiter auf einer Aufbauoberfläche zu sichern. Die Rastklinken 1415, ermöglichen dem Wellenleiter 1400 sicher mit einem weiteren Wellenleiter 1405 verbunden zu werden, der eine integrierte Greifstruktur 1420 aufweist. Jeder Wellenleiter kann mit einer Rastklinke 1415 an einem Ende und einer Greifstruktur 1420 an dem anderen Ende gebildet werden.
  • Die 14 zeigt Wellenleiter mit integrierten Verbindungselementen. Ein Wellenleiter 1440 kann eine Passform 1445 aufweisen, die an einem Ende gebildet ist. Die Passform 1445 ist konfiguriert, um mit einer Fassung 1450, eines weiteren Wellenleiters 1455, ineinander zu greifen. Diese Verbindungselemente können einen Verlust von ungefähr 4% an jeder Schnittstelle bewirken, jedoch steigern die Verbindungselemente die Leichtigkeit, mit der Wellenleiterkomponenten eingebaut werden können. Indexangepasstes Epoxy oder Fluid, kann an der Schnittstelle benutzt werden um die Verbindung zu sichern und Verluste zu reduzieren.
  • Zusätzlich zu den Installations- und Verbindungselementen, weitet sich der Wellenleiter 1400 an einem Ende in ein Ausgabeelement 1425, das eine konvex gebogene Oberfläche 1430 aufweist. Die gebogene Oberfläche 1430 des Ausgabeelementes 1425, wirkt im Wesentlichen als eine Linse, um eine gewünschte kennzeichnende Lichtausgabe zu liefern. Das Ausgabeelement 1425, kann ein Beleuchtungselement für das Fahrzeug bilden, z.B. eine Innenbeleuchtung in der Tür eines Fahrzeugs. Ein Abschnitt des geweiteten Wellenleiters kann, durch das Hinterlassen eines Luftspaltes 1435, während der Aufrechterhaltung gewünschter Ausgabekennzeichen, beseitigt werden. Der Luftspalt 1435 senkt das Gewicht und die Kosten des Wellenleiters 1400.
  • Undichter Bogen
  • Eine andere Konfiguration für ein Ausgabelelement wird aus 15 ersichtlich. Ein Wellenleiter 1500 hat einen Bogen 1505, der konfiguriert ist, um einem Teil des Lichtes das in dem Wellenleiter wandert zu erlauben, dem Bogen 1505 zu entfliehen. Eine Linse 1510 kann benutzt werden, um das Licht zu fokussieren, um ein gewünschtes Strahlmuster zu bilden. Die Menge des Lichtes, das an dem Bogen 1505 abgegeben wird (oder zurück in Richtung der Eingabe reflektiert wird), kann durch das Bestimmen des inneren Radius (r) der Krümmung des Bogens 1505, relativ zu der Weite (w) der Wellenleiter 1500 gesteuert werden. Z.B. wird ein Bogen mit einem inneren Bogenradius mit einem Verhältnis des inneren Bogenradius zur Wellenleiterbreite, (r/w) von 3:1 zu einem Verlust von weniger als 5% des gesamten Lichtes in dem Wellenleiter führen (die Verluste schließen Licht, das in dem Bogen abgegeben wird und Licht, das zurück in Richtung der Eingabe reflektiert wird, ein). Ein Bogenverhältnis von 1:1, wird zu einem Verlust von ungefähr 30-35 % führen und ein Bogenverhältnis von 0.1:1 wird zu einem Verlust von ungefähr 65-70% führen. Nicht alles in dem Wellenleiter verlorene Licht tritt in die Linse ein, jedoch wird die Menge des Lichtes, das in die Linse eintritt, proportional zu der Menge des Lichtes sein, die in dem Bogen abgegeben wird.
  • Optischer Verteiler
  • Bezug nehmend auf die 16 und 17, ist ein optischer Verteiler 1600 ein anderer nützlicher Baustein, für ein DLS. Licht tritt durch eine oder mehrere Eingaben 1605, in den optischen Verteiler 1600 ein und wird auf einen oder mehrere der Ausgabezweige 1610 aufgeteilt.
  • Alternativ, kann Licht durch einen oder mehrere Ausgabezweige 1610 eintreten und durch die Eingaben 1605 austreten. Die Ausgabezweige 1610 können an mehreren Stellen von dem optischen Verteiler, in mehrere Richtungen abzweigen, um Licht zu anderen Teilsystemen des DLS, in verschiedenen Orten innerhalb des Fahrzeugs zu leiten. Die Größe der Ausgabezweige 1610 und ihre Standorte, bestimmen die Proportion der Lichteingabe zu dem Verteiler, der zu jedem Zweig aufgeteilt ist.
  • Wie aus 17 ersichtlich ist, kann der optische Verteiler 1600, integrierte Ausgabeelemente 1615 einschließen. Das Ausgabeelement 1615 können linsenähnliche Strukturen sein, die Beleuchtungsfunktionen innerhalb des Fahrzeugs liefern, wie Leselichter oder Armaturenlichter. Der Verteiler 1600 kann mehrere Eingabezweige 1605 und Ausgabezweige 1610, sowie einen Abschnitt 1620 aufweisen, wo Licht von den verschiedenen Eingaben kombiniert wird. Jede Eingabe und Ausgabe kann farbige Filter nutzen, um gewünschte Lichteffekte zu erzielen.
  • Wellenleiterkragen
  • Bezug nehmend auf die 18-25, kann ein DLS optische Wellenleiterstrukturen verbinden, die eine integrierte Struktur zum Sammeln und Verteilen von Licht von einer Lichtquelle liefern. Diese Strukturen können auch als Wellenleiterstrukturen bezeichnet werden. Gewöhnlich sammelt ein Wellenleiterkragen 1700, Licht von einer Lichtquelle 1710 und teilt das Licht zwischen den Ausgabezweigen 1720, die sich von der Lichtquelle 1710 aus erstrecken, auf. Die Zweige liegen in einer azimutalen Ebene, relativ zu der Lichtquelle.
  • Wie z.B. aus 18 ersichtlich, ist der Wellenleiterkragen 1700 eine ebene Struktur, in der Form eines Kreuzes. Der Kragen 1700 hat vier Ausgabezweige 1720 und eine Öffnung 1730 in der Mitte, zum Aufnehmen einer Lichtquelle 1710. Die Anzahl der Zweige kann variieren. Die Lichtquelle 1710 kann in eine zylindrische Hülse 1740 eingeschlossen sein, die in die Öffnung 1730, in dem Wellenleiterkragen eingefügt ist. Licht von der Lichtquelle läuft durch die Hülse 1740, in den Kragen 1700, wo es in die Ausgabezweige 1720 aufgeteilt wird. Die zylindrische Hülse 1740 kann mit jeder der Wellenleiterkragenkonfigurationen, die oben behandelt wurden, benutzt werden. Verschiedene Wellenleiterkragen 1700 können auf eine einzige Hülse 1740 geschichtet werden, um eine Mehrfachschichtstruktur zu bilden.
  • Zusätzlich kann die zylindrische Hülse 1740, wie oben behandelt, verbunden mit oder integriert mit der Basis 1750 der Lichtquelle werden.
  • Die Ausgabezweige 1720 des Wellenleiterkragens 1700, können mit weiteren Komponenten in dem DLS verbunden werden oder integrierte Ausgabeelemente, wie eine Linse 1770 aufweisen. Die Linse 1770, die an dem Ende des Ausgabezweiges 1720 angeordnet ist, überträgt Licht von dem Wellenleiter weg, um Beleuchtung für den Innenraum oder die Außenseite des Fahrzeuges zu liefern. Die Wellenleiter 1760 können, wie aus 19 ersichtlich, mit den Ausgabezweigen 1720 verbunden sein. Integrierte Installationselemente, wie die Rasten, Greifer und Rastklinken, die oben im Bezug auf die 13 beschrieben wurden, können benutzt werden um die Wellenleiter mit den Ausgabezweigen zu verbinden.
  • Wie aus den 20 und 21 ersichtlich, kann die zylindrische Hülse 1740, einen Rand 1745 zur Verbindung mit dem Lampensockel 1750 aufweisen. Der Lampensockel weist Verschlussstücke 1755 auf, die in die Aussparung 1765, zwischen den Rand- 1745 Abschnitten der Hülse 1740 eingesetzt werden können. Der Lampensockel wird gedreht, sodass die Verschlussstücke den Rand 1745 belegen und die Lichtquelle 1710 innerhalb der Hülse 1740 in Position halten. Alternativ kann ein Wellenleiterkragen 1700, wie in 22 gezeigt, einen integrierten Rand 1745, zur Verbindung an einen Lampensockel 1750, aufweisen. Der Kragen kann angepasste Nuten 1777 aufweisen, die konfiguriert sind, angepasste Stücke 1779, am Ende eines Verbindungswellenleiters 1772 aufzunehmen.
  • Die Hülse 1740 liefert verschiedene Vorteile. Wie z.B. in 23 gezeigt, können mehrere Wellenleiterkragen 1700 auf eine einzelne Hülse 1740 geschichtet werden, was dem Licht erlaubt, durch mehrere Kragen 1700, von einer einzelnen Lichtquelle 1710 verteilt zu werden. Eine solche Konfiguration steigert die Systemgestaltungsflexibilität.
  • Zusätzlich reflektiert der obere Teil der Hülse 1740, einen teil des Lichtes von der Lichtquelle 1710 durch interne Reflexion so, dass das Licht von dem oberen Ende 1775 der Hülse austritt. Licht das in die Hülse mit einem geringeren Winkel, als dem Grenzwinkel eintritt, durchläuft die Hülse und tritt in den Wellenleiterkragen 1700 ein (wobei der Winkel bezüglich einer Richtung, senkrecht zu der Hülsenwand gemessen wird). Licht, das in die Hülse mit einem größeren Winkel als dem Grenzwinkel eintritt, wird durch die Hülse innerlich reflektiert. Auf diese Weise bildet die Hülse ein Hybridbeleuchtungssystem, das der Lichtquelle 1710 erlaubt, als eine Quelle sowohl für ein direktes Beleuchtungssystem (durch das obere ende der Hülse) als auch für ein verteiltes Beleuchtungssystem (durch ein Netzwerk das an einen Wellenleiterkragen angeschlossen ist) zu wirken.
  • 24 zeigt ein Lichtstrahlendiagramm eines vier-zweigigen Kragens 1700. Aus Gründen der Klarheit, wird nur ein Teil der Lichtstrahlen 1780, von der Lichtquelle 1710, in dem Diagramm verfolgt. Gewöhnlich strahlt Licht konstant von der Lichtquelle 1710, in die Fläche des Wellenleiterkragens (die Azimuthalfläche). Der Wellenleiterkragen sammelt Licht von der Lichtquelle und teilt es zwischen den vier Ausgabezweigen 1720 auf. In diesem Beispiel, sind die Eckpunkte 1790 relativ zu der Lichtquelle 1710 so positioniert, dass im Wesentlichen all das gesammelte Licht, in einen der Ausgabezweige 1720 verteilt wird (Licht tritt nicht an den Eckpunkten 1790 aus).
  • 25 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vierzweigigen Wellenleiterkragens 1700. Der mittlere Abschnitt 1795 kann konisch oder abgestuft sein, um die Lichtsammeleffizienz bezüglich der Lichtquelle zu erhöhen.
  • Die 26 und 27 zeigen alternative Konfigurationen eines Wellenleiterkragens 1800. Der Kragen 1800 ist eine ebene Struktur, die eine Lichtquelle umgibt und Licht von einer Lichtquelle sammelt (nicht gezeigt), die in einer Öffnung 1815, in dem Zentrum des Kragens 1800 positioniert ist. Wellenleiter 1810, können auf der Deckfläche des Kragens 1800 befestigt oder wie gezeigt, in den Kragen eingebettet werden. Die Wellenleiter 1810 können, bezüglich der Lichtquelle radial positioniert werden, wie in 27 gezeigt. Eine zylindrische Hülse 1840 kann die Lichtquelle, wie oben beschrieben, umgeben. Der Kragen 1800 dient als ein Hybridbeleuchtungselement, indem es sowohl einer direkten Beleuchtungsfunktion (in der Richtung senkrecht zu der Ebene des Kragens) als auch eine verteilte Beleuchtungsfunktion (durch die verbundenen Wellenleiter).
  • 28, zeigt eine weitere alternative Konfiguration eines Wellenleiterkragens 1900. Der Kragen hat zwei Zweige 1905, die sich von gegenüberliegenden Seiten der Lichtquellenöffnung 1920 aus erstrecken. Die Seiten der Ausgabezweige beinhalten in der Mitte des Kragens 1900, konvex gebogene Oberflächen 1930. Wie in den Lichtstrahlenablaufverfolgungen 1940 gezeigt, bessern die gebogenen Oberflächen 1930, an den Eckpunkten 1950, die Lichtsammlung durch reflektierendes Licht, das über die Seiten des Kragens übertragen würde, (wenn die Seiten nicht gebogen wären) und leiten das Licht in die zwei Ausgabezweige.
  • Wie in den 29 und 30 gezeigt, können optische Komponenten wie die Linse 1960, an den Eckpunkten 1950 der gebogenen Oberflächen 1930, positioniert sein.
  • Die Linse 1960 kann, entlang dem Rest des Wellenleiterkragens, in einem einzigen Spritzgussschritt gebildet werden. Die Linse 1960 kann eine Vielfalt von Formen aufweisen, wie zylindrisch, kugelförmig, parabelförmig, Fresnel oder vielflächig.
  • Die Linse 1960 empfängt Licht, durch die der Lichtquelle zugewandte Seite, fokussiert Licht durch innerliche Reflexion und gibt das Licht durch die gegenüberliegende Seite aus. Die Ausgabelichtstrahlen 1970 sind, wie in 30 gezeigt, fokussiert und als solche, neigen sie in einer abgeleiteten Strecke von der Linse 1960, zu konvergieren.
  • Wie in 31 gezeigt, kann eine Linse 1980 auch an Punkten auf dem Wellenleiterkragen positioniert sein, die verschieden sind von den Eckpunkten 1950.
  • Die Lichtausgabe durch die Linsen 1960 und 1980, kann z.B. auf die Eingabe eines Wellenleiters 1990 oder auf einen Zielort 1995 auf dem Innen- oder Außenbereich eines Fahrzeuges, wie ein Schlüsselloch fokussiert werden. Die geformten Integrallinsen liefern mehrere Vorteile. Z.B. dient ein Wellenleiterkragen mit einer Linse als ein Hybridbeleuchtungselement, d.h. der Kragen erfüllt sowohl eine direkte Beleuchtungsfunktion als auch eine verteilte Beleuchtungsfunktion. Zusätzlich, können die Systemkomplexität und die Herstellungskosten, durch das Aufweisen eines einschrittigen Spritzgussherstellungsverfahrens, reduziert werden.
  • 32 zeigt eine weitere Wellenleiterstruktur 2000, zum Sammeln und Verteilen von Licht von einer Lichtquelle. Die Struktur 2000 ist generell, dem Aussehen des Wellenleiterkragens 1800 der 26 ähnlich, da er in der Kragenform, eine Lichtquelle umgibt und Licht von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) sammelt, die in einer Öffnung 2030 eines ebenen Elementes, das eingebettete Wellenleitern 2010 aufweist, die sich von der oberen 2020 und der unteren 2025 Fläche aus erstrecken. Die Struktur 2000 liefert ein effizientes Mittel, um das von der Lichtquelle gesammelte Licht in die Wellenleiter zu verteilen, ohne eine direkte Beleuchtungsanlage von der Fläche, ungleich dem Kragen 1800 zu liefern, sodass, z.B. die Struktur 2000 in der Türkonsole oder im Himmel eines Fahrzeugs befestigt werden kann. Die Wellenleiter 2010 können Licht zu verschiedenen Lichtausgabepunkten, in der Türkonsole oder dem Himmel tragen, um eine innere Fahrzeugbeleuchtung zu liefern.
  • Die Struktur 2000 kann integral mit den Wellenleitern 2010 gebildet werden und kann, z.B. aus Kunststoff oder Acryl, unter Verwendung des Spritzgusses gebildet sein. Die Wellenleiter 2010 können, wie in 32 gezeigt, in die Wellenleiterstruktur 2000 eingebettet sein oder sie können erhöht sein, d.h. sie können sich von der Deckfläche 2020 aus erstrecken, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 34 diskutiert wird.
  • Insofern, als die Kragenstruktur 2000 dem Kragen 1800 der 26 ähnelt, ist eine analoge Struktur 2100 in 33 gezeigt die, in einer Weise ähnlich dem Kragen 1900 der 27 ist, die Wellenleiter 2110 aufweist, die radial bezüglich der Lichtquellenöffnung 2130 positioniert sind. Die Wellenleiter können erhöht oder eingebettet sein. Eine zylindrische Hülse 2140 kann die Lichtquelle umgeben, wie oben beschrieben. Zusätzlich können sich Stücke 2150 in die Öffnung 2130 erstrecken. Die Stücke 2150 sind konfiguriert, mit den Verschlussstücken einer Lichtquelle ineinander zu greifen, um die Lichtquelle in der Öffnung 2130 in Position zu halten.
  • 34 zeigt eine andere ähnliche Wellenleiterstruktur 2200, in der Wellenleiter 2205 auf einer Deckfläche 2215 befestigt sind und sich radial von der Lichtquelle 2220 aus erstrecken. Die Eingabeflächen 2230 von einigen der Wellenleiter, sind bezüglich der Seiten 2240 des Wellenleiters abgewinkelt, d.h. die Eingabeflächen 2230 bilden einen nicht orthogonalen Winkel, bezüglich der zwei Seiten 2240 des Wellenleiters. Die Eingabeflächen 2250 von weiteren Wellenleitern, sind orthogonal zu den Seiten 2260 des Wellenleiters. Die Lichtquelle 2215 ist in eine Öffnung 2270 in der Struktur 2200 eingefügt.
  • 35 zeigt ein Teillichtstrahlendiagramm, zu der Struktur 2200. Ein Lichtstrahl 2225 tritt in die Fläche 2230 des Wellenleiters 2205 ein. Wie oben beschrieben, bildet die Fläche 2230 einen nicht orthogonalen Winkel, bezüglich der Seite 2240 des Wellenleiters 2205. Wenn die Eingabefläche 2230 nicht abgewinkelt wäre, wie durch die gestrichelten Linien angezeigt, könnte ein Lichtstrahl 2255 in die Seite 2240 der Wellenleiter eintreten und durch die gegenüberliegende Seite des Wellenleiters laufen, anstatt intern reflektiert zu werden. Folglich hilft diese Konfiguration, die Menge des Lichtes zu reduzieren, das in die Seite 2240 der Wellenleiter eher eintritt, als in die Eingabefläche 2230. Dies erlaubt es auch, die Wellenleiter 2205 näher zusammen zu positionieren, was Licht vom Durchscheinen durch Spalten zwischen den Wellenleitern abhält.
  • 36 zeigt ein Seitenlichtstrahlendiagramm für die Wellenleiterstruktur 2200. Etwas von dem Licht von der Lichtquelle, die in der Öffnung 2270 in der Struktur 2200 positioniert ist, tritt direkt in die Eingabefläche 2230, des Wellenleiters 2205 ein. Ein Teil 2265 des Lichtes von der Lichtquelle, kann von der Bodenfläche 2275 der Struktur reflektiert werden und durch eine Seitenfläche 2280, in den Wellenleiter 2205 eintreten.
  • Wie in 37 gezeigt, können die Wellenleiter auf der Deckfläche 2215 der Struktur 2200, durch Haftmittel befestigt sein. Sie können auch durch Installationselemente, die in die Struktur und die Wellenleiter integriert sind, wie Rasten, befestigt sein. Alternativ können die Wellenleiter 2205 und die Struktur 2200 aus einem massiven Stück Material, z.B. Spritzgusskunststoff oder Acryl gebildet sein.
  • Wie in 38 gezeigt, können sich die Wellenleiter 2205, eher von den oberen 2215 und den unteren 2290 Oberflächen der Struktur 2200 aus erstrecken, als nur von der oberen Oberfläche. Die Wellenleiter 2205 können integral mit der Struktur 2200, aus einem festen Stück Material gebildet sein oder die Wellenleiter 2205, können an die Struktur 2200 mit Rasten oder einem Haftmittel befestigt werden.
  • Die 39 und 40 zeigen Endansichten eines Wellenleiters, der auf einer ebenen Wellenleiterstruktur 2300 befestigt ist. In 39, ist ein Kanal 2310, unterhalb der Wellenleiter 2205, entlang der Länge der Wellenleiter 2205 gebildet. Der Kanal 2310 steigert die Isolation zwischen dem Wellenleiter 2205 und der Struktur 2300, um Lichtverlust von dem Wellenleiter 2205 zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Der Kanal 2310 kann enger als der Wellenleiter 2205 sein und die Tiefe des Kanals 2310 kann geringer sein, als die Dicke der Struktur 2300, um die strukturelle Unterstützung zwischen den Sektionen 2315 und 2320 der Struktur, auf einer von beiden Seiten des Wellenleiters 2205 aufrecht zu erhalten. Wie in 40 gezeigt, können die Seiten 2230 des Kanals 2310 schräg sein, (d.h. die Weite des Kanals kann in Richtung, weg von dem Wellenleiter zunehmen), um die strukturelle Integrität zu steigern. Gemäß der Erfindung wird ein DLS in einer Fahrzeugtürkonsole 2950 verwendet, wie in 41 in 3000 gezeigt, um Licht von einer Lichtquelle 2960 zu Lichtausgaben 3010, in der Fahrzeugtür zu verteilen. Wie in den 42 und 43 gezeigt, teilt ein Hauptwellenleiter 3020, Licht von der Lichtquelle 2960 in Verzweigungswellenleiter 3030 auf, die das Licht zu den Ausgaben 3010 der Türkonsolen 2950 verbreitet.
  • Eine Auswahl von Ausgabestrukturen, kann an den Lichtausgaben 3010 benutzt werden. Z.B. kann ein Wellenleiter einen konischen Endabschnitt (wie in 11 gezeigt), mit einem Linsenelement aufweisen. Ein undichter Wellenleiterbogen (wie in 15 gezeigt), kann auch benutzt werden.
  • Die Wellenleiteranordnung 3000 wird an der Türkonsole 2900 durch ein geteiltes Netz von Tragearmen 3040 getragen, die sich zwischen den Wellenleitern 3030 erstrecken. Die Tragearme 3040 können aus demselben Material, wie die Wellenleiter 3030 (z.B. Spritzgusskunststoff) gebildet sein und können als eine einzelne Einheit gefertigt sein. Alternativ können die Tragearme 3040 durch ein Haftmittel verbunden sein oder integrierte Installationselemente, wie Rasten (wie in den 13 und 14 gezeigt) aufweisen.
  • Wie in der 44 gezeigt, können die Tragearme 3040 ungefähr die selbe Dicke (in der Richtung, senkrecht zu der Ebene der Türkonsole) und Breite (in einer Richtung parallel zu der Ebene der Türkonsole) wie die Wellenleiter 3030 sein.
  • Alternativ können die Tragearme 3040 enger in der Weite (45) oder dünner (46) als die Wellenleiter 3030 sein, um die Menge des Lichtes, das in die Tragearme 3040 eintritt, zu minimieren.
  • Nochmals Bezug nehmend auf 42, bilden die Tragearme 3040 einen Winkel von circa 67° mit den Verzweigungswellenleitern 3030 (bezüglich der Richtung, in der das Licht wandert), sodass die Menge des Lichtes das in die Tragearme 3040 eintritt, auf ein Minimum gebracht ist. Wie in "Analysis of Waveguide Geometries at Bends and Branches for the Directing of Light" behandelt, übertragen Wellenleiter mit Verzweigungswinkeln, die größer als 45° sind, nur einen geringen Prozentsatz des Lichtes von der Hauptverzweigung. Z.B. kann ein Wellenleiter mit einem Verzweigungswinkel von 67,5° ungefähr 1.3% des Lichtes von der Hauptverzweigung übertragen.
  • Die verzweigten Wellenleiter 3030 können Bogen 3045 nahe der Lichtausgaben 3010 oder an anderen Punkten entlang der Wellenleiter (z.B. nahe des Hauptwellenleiters 3020) einschließen, sodass die Wellenleiteranordnung 3000 sich der Form der Türkonsole 2900 anpassen kann.
  • Die Bogen 3045 weisen Bogenverhältnisse auf, die größer als 3:1 sind, um einen ungewünschten Lichtverlust zu minimieren. Eine solche Konfiguration reduziert unästhetische Lichtemissionen von Rissen oder Zwischenräumen in der Struktur der Türkonsole 2900.
  • Installationslöcher 3050 sind entlang der Tragearme 3040 positioniert, sodass die Wellenleiteranordnung 3000 in der Türkonsole 2900 eingebaut werden kann. Schrauben, Pfosten oder Rasten können benutzt werden, um die Wellenleiteranordnung 3000 in der Türkonsole 2900 in Position zu halten.
  • Das Türkonsolen DLS liefert mehrere Vorteile. Z.B. vermeidet es die Notwendigkeit elektrischer Verkabelung, mehrerer Glühbirnen, Stecker und Leiterplatten, innerhalb der Türkonsole.
  • Die einzelne hoch funktionssichere Lichtquelle in dem DLS, kann alle Beleuchtungsanforderungen, insbesondere Türbeleuchtungsfunktionen erfüllen. Die Quelle kann durch eine Zugangskonsole in der Tür zugänglich gemacht werden, sodass sie Leicht ersetzt werden kann, ohne die Türkonsole wegzunehmen. Zusätzlich kann die Lichtquelle in einer anderen Position innerhalb des Fahrzeuges, wie unter dem Armaturenbrett angeordnet sein. Licht kann von der Lichtquelle zu der Türkonsolenwellenleiteranordnung durch einen Wellenleiter, eine Wellenleiterverbindungsstelle oder optische Fasern, die von dem Fahrzeugaufbau in die Türen laufen, getragen werden. Eine solche Konfiguration reduziert die elektrische Verkabelung, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Türen benötigt wird, was die Komplexität und die Herstellungskosten reduziert. Zusätzlich kann, wie oben diskutiert, die Türkonsolenwellenleiterkonsole, als ein einziges Stück von Spritzgusskunststoff gebildet sein, was die Herstellungskosten weiter reduziert.
  • Das DLS das für die Türkonsole geeignet ist, kann benutzt werden, um eine Vielfalt anderer Beleuchtungsfunktionen für ein Fahrzeug, das mit einer solchen Tür verbunden ist, zu liefern. Das schließt Außenbeleuchtung, wie Sicherheits-/Einstiegsbeleuchtung bzw. Pfützenlicht ein. Bezug nehmend auf die 47 und 48, kann ein Wellenleiter 3600 in eine Fahrzeugtür 3605 eingebettet sein, um ein Sicherheits-/Einstiegsbeleuchtung zu liefern. Der Wellenleiter 3600 verläuft von einer Lichtquelle, wie 2960 (41), zu der Bodenfläche oder Kante 3610, der Tür 3605. Der Wellenleiter 3600 kann eine Linse aufweisen, die an seinem Ende gebildet ist. Eine Wellenleiterverzweigung 3615 kann benutzt werden, um ein inneres Türlicht zu implementieren. Wenn die Tür 3605 geschlossen ist, wie in 47, verbindet sich eine Türwellenleitersektion 3615, mit einem Wellenleiter 3625, der den Boden 3630 durchläuft. Die Wellenleiterbodensektion 3625 liefert ein Sicherheitslicht, das den Bereich 3635 unterhalb des Fahrzeuges beleuchtet. Die Enden der Bodenwellenleitersektion 3625, können integral geformte Linsen aufweisen. Wenn die Tür 3605, wie in 48 geöffnet ist, liefert der Türwellenleiter 3600 eine Einstiegsbeleuchtung, die den Grund 3649, zwischen der geöffneten Tür und dem Fahrzeug beleuchtet. Der Bogen 3645 in der Türwellenleitersektion 3615, kann einen Bogenwinkel (θB) von z.B. 20° aufweisen. Der Bogen 3645 hilft, die Ausgabe des Wellenleiters 3600 zu dem gewünschten Bereich zu leiten.

Claims (17)

  1. Optische Wellenleiteranordnung (3000), geeignet zum Verteilen von Licht innerhalb einer Fahrzeugtürkonsole (2950), umfassend einen Zentralstellenabschnitt oder Blockwellenleiter (3020), welcher angeordnet ist, um verbunden zu werden, um Licht von einer Lichtquelle (2960) zu empfangen und empfangenes Licht über Totalreflexion an eine Vielzahl von Wellenleitern (3030) weiterzuleiten, die sich davon erstrecken, wobei die Wellenleiter angeordnet sind, sich bei Verwendung mit einer Fahrzeugtürkonsole (3010) zu Lichtausgaben der Türkonsole zu erstrecken, und dadurch gekennzeichnet, dass Tragearme (3040) mit den Wellenleitern (3030) verbunden sind und sich dazwischen betriebsfähig erstrecken, um die Wellenleiter in Bezug auf die in Verwendung stehende Konsole zu tragen.
  2. Optische Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Zentralstellenabschnitt die Form eines Wellenleiterkragens (1795, 2000, 2200) aufweist, umfassend einen festen, ebenen Materialblock, welcher einen mittleren Abschnitt aufweist, welcher ausgelegt ist, um die Lichtquelle (1710, 2230) aufzunehmen und zu umgeben, und Ausgabezweige (1720, 2010, 2205), die sich von dem mittleren Abschnitt erstrecken, umfassend die Vielzahl von Wellenleitern.
  3. Optische Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Zentralstellenabschnitt die Form einer zylindrischen Hülse (1740, 1840, 2140) aufweist, die ausgelegt ist, um Licht von der Lichtquelle (1710, 1830, 2130) aufzunehmen und zu empfangen, und einen Wellenleiterkragen, welcher einen festen, ebenen Materialblock umfasst, welcher einen mittleren Abschnitt aufweist, welcher ausgelegt ist, um die zylindrische Hülse und Ausgabezweige (1720, 1810, 2105) aufzunehmen und zu umgeben, die sich von dem mittleren Abschnitt erstrecken, umfassend die Vielzahl von Wellenleitern.
  4. Optische Wellenleiteranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen kompakten Beleuchter (900, 920, 870) als die Lichtquelle, wobei der kompakte Beleuchter umfasst: ein Gehäuse (905, 974), welches reflektierende innere Oberflächen (910) aufweist, eine Glühbirne (915, 970), die sich innerhalb des Gehäuses befindet, und einen optischen Wellenleiterausgabeanschluss (930, 976), der ausgelegt ist, um den Blockwellenleiter (320) in Position zu halten, um Licht von der Glühbirne zu empfangen.
  5. Optische Wellenleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kompakte Beleuchter umfasst: ein Gehäuse (950), welches offene Enden (930) aufweist, die ausgelegt sind, um Wellenleiter aufzunehmen, und einen Reflektor (905), der sich innerhalb des Gehäuses befindet.
  6. Optische Wellenleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (905) umfasst: offene Endabschnitte (930), einen mittleren Abschnitt zwischen den Endabschnitten, eine Lichtquelle (915), die sich innerhalb des mittleren Abschnittes befindet, und Seitenwände (925), die sich zwischen den Endabschnitten erstrecken und mindestens teilweise den mittleren Abschnitt umschließen, wobei die Seitenwände nach innen in Richtung der Lichtquelle vorragen.
  7. Optische Wellenleiteranordnung (3000) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Tragearm (3040) von einem Wellenleiter (3030) in einem Winkel von ungefähr 67° in Bezug auf die Richtung der Lichtübertragung entlang des Wellenleiters erstreckt.
  8. Optische Wellenleiteranordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (3030) und Tragearme (3040) aus einem Stück festen Materials gebildet werden.
  9. Optische Wellenleiteranordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Material ein Spritzguß-Kunststoffmaterial ist.
  10. Optische Wellenleiteranordnung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Lichtausgabe-Elemente (3010), die sich an den Enden der Vielzahl von Wellenleitern (3030) befinden.
  11. Optische Wellenleiteranordnung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein optisches Wellenleiterausgabeelement (1400) als das Lichtausgabeelement, wobei das Wellenleiterausgabeelement eine Eingabefläche und einen Übertragungsabschnitt umfasst, der sich von der Eingabefläche erstreckt, wobei er sich an einem Ende weitet, um einen konischen Endabschnitt (1425) zu bilden, der eine konvexe Linse (1430) an einem Ende des konischen Endabschnittes aufweist.
  12. Optische Wellenleiteranordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Wellenleiterbogen (1505) als das Lichtausgabeelement umfasst.
  13. Optische Wellenleiteranordnung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterbogen ein Krümmungsverhältnis aufweist, das weniger als 3:1 beträgt.
  14. Optische Wellenleiteranordnung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiterbogen ein Krümmungsverhältnis aufweist, das weniger als 1:1 beträgt.
  15. Fahrzeugtürkonsole (2950), gekennzeichnet durch die optische Wellenleiteranordnung (3000) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14 und wobei die Konsole die Tragearme der Anordnung in Bezug darauf trägt, und mindestens eine Lichtausgabe (3010) der Fahrzeugtürkonsole beinhaltet, zu welcher sich die Wellenleiter der Anordnung von der Ausgabe der Zentralstelle oder des Blockwellenleiters erstrecken.
  16. Fahrzeug, welches eine Tür (3605) mit einer unteren Türfläche (3610) beinhaltet, die eine Bodenfläche des Fahrzeuges (3630) berührt, wenn die Tür geschlossen ist, wobei die Türfläche von der Unterseite des Fahrzeuges versetzt ist, und gekennzeichnet durch eine Türkonsole (2950) gemäß Anspruch 15.
  17. Fahrzeug gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine optische Wellenleiteranordnung (3000), in welcher sich mindestens einer von der Vielzahl der Wellenleiter (3600) zu der unteren Fläche der Tür (3610) erstreckt, und der Bodenabschnitt (3630) optional einen Wellenleiterabschnitt (3625) beinhaltet, der sich zu der Fahrzeugunterseite erstreckt, der angeordnet ist, um die untere Fläche (3610) der Tür zu berühren, wenn sie geschlossen ist, so dass Licht von dem Türwellenleiter und Bodenabschnitt des Fahrzeuges verlaufen kann, um einen Bereich (3635) unterhalb des Fahrzeuges zu beleuchten, und wenn die Tür geöffnet ist, einen Bereich (3640) unterhalb der Tür zu beleuchten.
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