EP1810061A1 - Verfahren zur anpassung der helligkeitsverteilung einer aus-leuchtung - Google Patents

Verfahren zur anpassung der helligkeitsverteilung einer aus-leuchtung

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EP1810061A1
EP1810061A1 EP05801447A EP05801447A EP1810061A1 EP 1810061 A1 EP1810061 A1 EP 1810061A1 EP 05801447 A EP05801447 A EP 05801447A EP 05801447 A EP05801447 A EP 05801447A EP 1810061 A1 EP1810061 A1 EP 1810061A1
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EP
European Patent Office
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light
light guide
illumination
brightness distribution
defect image
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Ceased
Application number
EP05801447A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Henz
Otto Kretzschmar
Ulrich Pahmeyer
Peter Selzer
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects

Definitions

  • the invention relates to a method for adapting the brightness distribution to a desired distribution of illumination of an illumination field, behind which a light guide is arranged, which distributes the light of at least one light source backlit the illumination field and has a decoupling surface for emission of the light Provided overseen ⁇ structure.
  • a regularly Ausleuchtfel- resulting from the illumination of the particular a display panel of a flat itatiin ⁇ strumentes means, arranged in the region behind the display panel light source brightness differences between portions of the display panel that does not correspond to the target state.
  • high on ⁇ is not spared wall.
  • Particular problem areas in respect ⁇ homogeneous light distribution, areas of the display panel, the auf ⁇ a direct proximity to the rear illuminating light source or to the area of coupling light from the light source in the display panel located behind the light conductors have.
  • a printed sheet between the light guide and the display panel forming Ziffer ⁇ is arranged leaf, the graphic as a dithered negative image of a photo ⁇ illustration of the differences in brightness, which is also often referred to as a false image is produced.
  • the Anord ⁇ drying of a printed film has ness in addition to the necessity of the additional component of the printed film to Nach ⁇ part of the unwanted absorption which the requirement of a higher power of the light sources with appropriate mittle ⁇ rer light intensity of the illumination entails.
  • the invention has set itself the task of making the adaptation of the brightness distribution to a desired distribution less alswen ⁇ dig while satisfying the set specifications particularly well.
  • the first step of this method according to the invention serves to generate a defect image, ie a brightness distribution which does not yet correspond to the desired state, on the basis of an arrangement comprising the display field, a first light guide and the light source in operation.
  • the first light guide can be a single manufactured
  • the invention provides, the miss image as control information for ablation, forming or applying the surface processing of a mold insert for injection molding a ⁇ SEN the first light guide in its basic form correspond generating second light guide in the region of the decoupling surface.
  • the miss image as control information for ablation, forming or applying the surface processing of a mold insert for injection molding a ⁇ SEN the first light guide in its basic form correspond generating second light guide in the region of the decoupling surface.
  • ablation basically the usual machining methods come into question.
  • the mold insert can also be provided with the structure by means of eroding, embossing or punctiform grinding.
  • An application of, for example, a nickel layer takes place here in such a way that one of the desired surface structure of the optical fiber corresponding molding ⁇ surface in the field of light extraction from the Lichtlei ⁇ ter sets.
  • the brightness information of the defect image can be used particularly advantageously as digital control information for surface treatment. In this way, for example, travels or
  • the desired target condition is a second Licht ⁇ ⁇ conductor sen spritzgegos by means of the revised mold insert finally in a third step, and ensures the operation of the display instrument for a more uniform brightness distribution and a fulfillment of the target values to the effect.
  • an advantageous development of the invention provides that the surface processing of the second step an analogous method, such as etching of the mold insert ent ⁇ speaking includes the failure image.
  • the false image is appropriately converted into a photographic original to etch the form ⁇ insert and the mold insert in accordance with this photographic original etched.
  • the surface structure of the mold insert is imaged onto the mold parts by means of a molding process, for example by means of injection molding.
  • the molded part produced in this manner and the Improvement ⁇ te light guide can again uses be ⁇ for generating a false image are of the method according to the of invention according to the first step. Starting from the defective image thus generated, the mold insert is again subjected to a processing according to the second step, so that in the subsequent third step a light guide or a molded part of still higher functional quality is achieved.
  • Figures 1 to 6 are each a schematic representation of various manufacturing steps according to the inventive method.
  • a display panel 4 which has a stand of a different Sollzu- inhomogeneous brightness distribution on ⁇ 5.
  • FIG. 2 shows the first step 6 of the method according to the invention, within which the brightness distribution 5 is recorded as a faulty image 7 by means of a recording device 8.
  • FIG. 3 shows the conversion of the recorded defect image 7 into an etching image 9.
  • Figure 4 shows a mold insert 10 which is provided for the injection molding of the light guide and a second step 11 of the method of the invention by means of the etching ⁇ image 9 is etched a 5 corresponding structure 13 of the brightness distribution in accordance with the.
  • Figure 5 shows the mapping of the structure 13 of the Formeinsat ⁇ zes 10 to a sprayed into the mold insert 10 second light guide 14 according to a third invention to step 15.
  • FIG. 6 shows that the result achievable with the second light guide 14 with regard to the brightness distribution 5, which as a result of the embossed or etched structure 13, comes much closer to the target specifications than the initially generated defect image 7.
  • a region 18 instead of the strongly inhomogeneous distribution of brightness according to the first recorded defect image 7, an average brightness over the entire surface is obtained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Helligkeitsverteilung (5) an eine Sollverteilung einer Ausleuchtung eines hinterleuchteten Anzeigeinstrumentes mit Anzeigefeld (4), einem Lichtleiter (2, 14) und einer Lichtquelle (1). Die Beseitigung von Helligkeitsdifferenzen zwischen Teilbereichen des Anzeigefeldes (4) geht mit großem Aufwand einher. Hierzu wird vorgeschlagen, die Helligkeitsverteilung (5) als Fehlbild (7) zu erzeugen, das Fehlbild (7) als Steuerungsinformation für eine Oberflächenbearbeitung eines Formeinsatzes (10) zu verwenden und mittels des Formeinsatzes (10) einen neuen Lichtleiter (14) herzustellen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Anpassung der Helligkeitsverteilung einer Aus¬ leuchtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung der Hel¬ ligkeitsverteilung an eine Sollverteilung einer Ausleuchtung eines Ausleuchtfeldes, hinter dem ein Lichtleiter angeordnet ist, der das Licht mindestens einer Lichtquelle das Aus- leuchtfeld hinterleuchtend verteilt und eine Auskoppelfläche zur Emission des Lichtes aufweist, die mit einer Oberflächen¬ struktur versehen.
Regelmäßig entstehen bei der Ausleuchtung eines Ausleuchtfel- des insbesondere einem Anzeigefeld eines flächigen Anzeigein¬ strumentes mittels einer im Bereich hinter dem Anzeigefeld angeordneten Lichtquelle Helligkeitsdifferenzen zwischen Teilbereichen des Anzeigefeldes, die nicht dem Sollzustand entsprechen. Zur Gewährleistung eines wertigen Erscheinungs- bildes und einer optimalen Ablesbarkeit eines Anzeigeinstru¬ mentes, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wird hoher Auf¬ wand nicht gescheut. Besondere Problemzonen hinsichtlich in¬ homogener Lichtverteilung sind Bereiche des Anzeigefeldes, die eine direkte Nähe zu der hinterleuchtenden Lichtquelle bzw. zu dem Bereich der Lichteinkopplung aus der Lichtquelle in dem hinter dem Anzeigefeld befindlichen Lichtleiter auf¬ weisen.
Bisher werden im Wesentlichen die folgenden Methoden angewen- det, um Helligkeitsunterschiede bzw. ein Abweichen der Hel¬ ligkeitsverteilung von einem Sollzustand zu beseitigen. Eine kostenträchtige und aufwändige Lösung sieht den Einsatz von mehr Lichtquellen, vorzugsweise LEDs vor.
Bei einer anderen Lösung wird eine bedruckte Folie zwischen dem Lichtleiter und einem das Anzeigefeld bildenden Ziffer¬ blatt angeordnet, die als gerastertes Negativbild einer foto¬ grafischen Abbildung der Helligkeitsunterschiede, die auch häufig als Fehlbild bezeichnet wird, erzeugt wird. Die Anord¬ nung einer bedruckten Folie hat jedoch neben der Notwendig- keit des zusätzlichen Bauteils der bedruckten Folie den Nach¬ teil der unerwünschten Absorbtion, was das Erfordernis einer höheren Leistung der Lichtquellen bei entsprechender mittle¬ rer Lichtintensität der Ausleuchtung mit sich bringt.
Eine aufwendigere Methode der Homogenisierung der Ausleuch¬ tung ohne den gravierenden Nachteil der starken Absorbtion sieht vor, dass der hinter dem Anzeigefeld befindliche Licht¬ leiter zur Lichtverteilung in dem Bereich der Auskopplung des Lichtes mit einer speziellen Struktur bzw. Mikro-Strukturie- rung der Oberfläche versehen ist, so dass die Quantität des auskoppelnden Lichtes bzw. die Lichtintensität mittels der Ausführung dieser Struktur örtlich gezielt dosiert werden kann. Zur Erzeugung der gewünschten Mikro-Strukturierung wird der Formeinsatz für den Spritzguss des Lichtleiters an den Stellen der Auskopplung des Lichtes aus dem Lichtleiter mit einer entsprechenden Strukturform versehen. Diese Struktur¬ form kann gegebenenfalls als Nickelschicht ausgebildet sein. Die örtliche Verteilung der Struktur wird hierbei mittels ei¬ ner rechnerischen Simulation des optischen Strahlenganges und der sich daraus ergebenden Helligkeitsverteilungen ermittelt. Im Einzelnen wird ausgehend von einem CAD-Model eine Simula¬ tion konfiguriert und die Ergebnisse der Simulation werden als Grundlage für Änderung des CAD-Modells benutzt, welches Ausgangspunkt für eine weitere Simulation im Sinne einer zeitaufwändigen und teuren Iteration ist, an welche sich noch Tests mit dem Formeinsatz anschließen.
Ausgehend von den Problemen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, die Anpassung der Helligkeitsverteilung an eine Sollverteilung weniger aufwen¬ dig zu ermöglichen und gleichzeitig den Sollvorgaben beson¬ ders gut zu genügen.
Zur Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 vor. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbil¬ dungen dieses Verfahrens.
Der erste Schritt dieses erfindungsgemäßen Verfahrens dient der Erzeugung eines Fehlbildes, also einer noch nicht dem Sollzustand entsprechenden Verteilung der Helligkeit unter Zugrundelegung einer Anordnung umfassend das Anzeigefeld, ei¬ nen ersten Lichtleiter und die im Betrieb befindliche Licht- quelle. Der erste Lichtleiter kann ein einzeln gefertigtes
Musterteil sein oder ein mit einem nicht strukturiertem Ein¬ satz zum Beispiel im Spritzgießverfahren hergestelltes Bau¬ teil. Hierzu wird ein fotografisches Verfahren eingesetzt, was wesentlich schneller von statten geht und genauere Ergeb- nisse liefert als eine rechnerische Simulation des Strahlen¬ gangs. Das Fehlbild kann erfindungsgemäß jedoch auch rechne¬ risch aus einer Simulationsrechnung gewonnen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Kosten für die Herstellung der Anord¬ nung zunächst eingespart werden. Während eines zweiten Schrittes ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Fehlbild als Steuerinformation für ein Abtragen, Umformen oder Auftragen der Oberflächenbearbeitung eines Formeinsatzes zum Spritzgie¬ ßen eines dem ersten Lichtleiter in seiner Grundform entspre- chenden zweiten Lichtleiters im Bereich der Auskoppelfläche zu erzeugen. Zur Abtragung kommen grundsätzlich die üblichen spanenden Bearbeitungsmethoden in Frage. Bevorzugte Methoden sind hier ein Abtragen mittels rotierender Werkzeuge, bei- spielsweise mittels eines Polierkopfes in einer Fräsmaschine. Mit Vorteil kann der Formeinsatz auch mit der Struktur mit¬ tels Erodieren, Prägen oder punktförmigen Schleifens versehen werden. Ein Auftragen von beispielsweise einer Nickelschicht erfolgt hierbei in der Weise, dass sich eine der gewünschten Oberflächenstruktur des Lichtleiters entsprechende Formteil¬ oberfläche im Bereich der Lichtauskopplung aus dem Lichtlei¬ ter einstellt. Besonders zweckmäßig und trotzdem genau kann hierbei die Helligkeitsinformation des Fehlbildes bevorzugt digital als Steuerinformation der Oberflächenbearbeitung die- nen. Auf diese Weise können beispielsweise Verfahrwege bzw.
Abstände zwischen den Prägestellen in dem Formeinsatz festge¬ legt werden. Die Strukturunterschiede können neben den Ab¬ ständen auch durch die Geschwindigkeit des Spanwerkzeugs oder die Vorschubgeschwindigkeit erzeugt werden. Es sind alle Ein- Stellgrößen des Fertigungsverfahrens zur Gestaltung geeignet, die Einfluss auf die Oberflächenstruktur und damit auf die optischen Eigenschaften der mit dem Einsatz hergestellten Formteile haben. Eine zweckmäßige Möglichkeit hierzu sieht vor, dass der Abstand zwischen den Bearbeitungsstellen des Formeinsatzes umso kleiner ist, je mehr die Ausleuchtung auf¬ grund der Abweichung des Fehlbildes von dem Sollzustand auf¬ zuhellen ist.
Bevorzugte Anwendung findet die Erfindung bei der Anpassung der Ausleuchtung eines hinterleuchteten Anzeigeinstrumentes, welches Anzeigeinstrument ein dem Ausleuchtfeld entsprechen¬ des Anzeigefeld aufweist. Hierbei kommt es im besonderen Maße auf eine den Sollvorgaben entsprechende, meist homogene Aus¬ leuchtung an.
Zur Erreichung oder Annäherung an den gewünschten Sollzustand wird schließlich in einem dritten Schritt ein zweiter Licht¬ leiter mittels des überarbeiteten Formeinsatzes spritzgegos¬ sen und sorgt im Betrieb des Anzeigeinstrumentes für eine gleichmäßigere Helligkeitsverteilung bzw. eine Erfüllung der Sollvorgaben dahingehend.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Oberflächenbearbeitung des zweiten Schrittes ein analoges Verfahren, wie zum Beispiel ein Ätzen des Formeinsatzes ent¬ sprechend dem Fehlbild umfasst. Hierbei wird das Fehlbild zweckmäßig in eine fotografische Vorlage zum Ätzen des Form¬ einsatzes umgewandelt und der Formeinsatz entsprechend dieser fotografischen Vorlage geätzt. Schließlich wird in dem drit¬ ten Schritt die Oberflächenstruktur des Formeinsatzes mittels eines abformenden Verfahrens auf die Formteile, beispielswei- se mittels Spritzgießens abgebildet.
Das in dieser Weise hergestellte Formteil bzw. der verbesser¬ te Lichtleiter kann erneut zur Erzeugung eines Fehlbildes be¬ nutzt werden entsprechend dem ersten Schritt des erfindungs- gemäßen Verfahrens. Ausgehend von dem so erzeugten Fehlbild wird der Formeinsatz nochmals einer Bearbeitung gemäß dem zweiten Schritt unterzogen, so dass in dem darauf folgenden dritten Schritt ein Lichtleiter bzw. ein Formteil noch höhe¬ rer Funktionsgüte erreicht wird.
Besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik sind vor allem in der Einsparung eines erheblichen Anteils des bisher notwendigen Aufwandes zur Her- Stellung eines geeigneten Formeinsatzes zu sehen, aber auch in der besseren Funktion der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Lichtleiters gegenüber denjenigen, die auf herkömmliche Weise erzeugt wurden. Auf die Anordnung einer bedruckten Folie, welche Helligkeitsspitzen absorbiert, kann gänzlich verzichtet werden, was die für die Ausleuchtung erforderliche Lichtleistung bedeutend herabsetzt und zur E- nergieeinsparung führt. Daneben reduziert sich auf Grund des Fortlassens der Folie auch die Bauteilevielfalt. Eine etwaige Abweichung zwischen einer rechnerischen Simulation und der tatsächlichen Helligkeitsverteilung der Ausleuchtung entfällt vorteilhaft.
In der Folge ist die Erfindung anhand eines speziellen Aus- führungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher be¬ schrieben. Es zeigen:
Figuren 1 bis 6 jeweils eine schematische Darstellung verschiedener Fertigungsschritte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Figur 1 zeigt eine Lichtquelle 1 und einen ersten Lichtlei¬ ter 2, auf dessen einem Betrachter 3 zugewandter Oberfläche ein Anzeigefeld 4 vorgesehen ist, das eine von einem Sollzu- stand abweichende inhomogene Helligkeitsverteilung 5 auf¬ weist.
Figur 2 zeigt den ersten Schritt 6 des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens, binnen dessen die Helligkeitsverteilung 5 als Fehl- bild 7 mittels eines Aufzeichnungsgerätes 8 aufgenommen wird.
Figur 3 zeigt die Umwandlung des aufgenommenen Fehlbildes 7 in ein Ätzbild 9. Figur 4 zeigt einen Formeinsatz 10, der zum Spritzgießen der Lichtleiter vorgesehen ist und in den gemäß einem zweiten Schritt 11 des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels des Ätz¬ bildes 9 eine der Helligkeitsverteilung 5 entsprechende Struktur 13 eingeätzt wird.
Figur 5 zeigt die Abbildung der Struktur 13 des Formeinsat¬ zes 10 auf einen in den Formeinsatz 10 aufgespritzten zweiten Lichtleiter 14 nach einem erfindungsgemäß dritten Schritt 15.
Figur 6 zeigt, dass das mit dem zweiten Lichtleiter 14 er¬ zielbare Ergebnis hinsichtlich der Helligkeitsverteilung 5, welche in Folge der aufgeprägten bzw. eingeätzten Struktur 13 den Sollvorgaben sehr viel näher kommt als das zunächst er- zeugte Fehlbild 7. In einem Bereich 18 ergibt sich statt der stark inhomogenen Helligkeitsverteilung gemäß dem zuerst auf¬ genommenen Fehlbild 7 nunmehr eine über die ganze Fläche mittlere Helligkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Anpassung der Helligkeitsverteilung (5) an eine Sollverteilung einer Ausleuchtung eines Ausleucht¬ feldes, hinter dem ein Lichtleiter (2, 14) angeordnet ist, der das Licht mindestens einer Lichtquelle (1) das Ausleuchtfeld hinterleuchtend verteilt und eine Auskop¬ pelfläche (18) zur Emission des Lichtes aufweist, die mit einer Oberflächenstruktur (13) versehen ist, wobei
- in einem ersten Schritt (6) ausgehend von einer Anord- nung umfassend das Ausleuchtfeld, einen ersten Lichtlei¬ ter (2) und die im Betrieb befindliche Lichtquelle (1) die Helligkeitsverteilung (5) als Fehlbild (7) erzeugt wird,
- in einem zweiten Schritt (11) das Fehlbild (7) als Steuerungsinformation für eine abtragende, umformende oder auftragende Oberflächenbearbeitung eines Formeinsat¬ zes (10) zum Spritzgießen eines dem ersten Lichtleiter (2) in seiner Grundform entsprechenden zweiten Lichtlei¬ ters (14) im Bereich der Auskoppelfläche (18) verwendet wird,
- in einem dritten Schritt (15) der zweite Lichtleiter (14) mittels des Formeinsatzes (10) spritzgegossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Oberflächenbearbeitung des zweiten Schrittes (11) ein Ätzen des Formeinsatzes (10) entsprechend dem Fehlbild (7) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der erste (6), zweite (11) und dritte Schritt (15) mindestens zweimal ausgeführt werden, wobei der jeweils zuletzt erzeugte Lichtleiter (14) zur Erzeugung des Fehlbildes (7) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass das Fehlbild unter Benutzung eines Rechenwerks mittels einer rechnerischen Simulation unter den Randbedingungen einer Anordnung umfassend das Aus¬ leuchtfeld, einen ersten Lichtleiter (2) und die im Be¬ trieb befindliche Lichtquelle (1) die Helligkeitsvertei¬ lung (5) als Fehlbild (7) ermittelt wird.
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