CZ2014711A3 - Světelné zařízení - Google Patents

Abstract

Světelné zařízení motorových vozidel obsahuje protáhlý světlovod (2) a světelný LED zdroj (1), uložený ve vstupní části (3) světlovodu (2), pro vysílání světelného svazku do světlovodu (2). Vstupní část (3) světlovodu (2) je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů (11, 21), přičemž světelné LED zdroje (1) jsou umístěny v prvních ohniskách (15, 25) elipsoidů (11, 21) pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz od eliptických stěn (13, 23) elipsoidů (11, 21) do druhých ohnisek (16, 26) elipsoidů (11, 21) ležících ve světlovodu (2). Vzdálenost druhého ohniska (15, 25) je u alespoň jednoho z elipsoidů (11, 21) jiná než vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) u některého z ostatních elipsoidů (11, 21).

Description

Světelné zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká světelného zařízení motorových vozidel, tvořeného světelným LED zdrojem a protáhlým světlovodem, přičemž světelný LED zdroj je^uložen ve vybrání vstupní části světlovodu pro vysílání svetelneho svazku do světlovodu.

Stav techniky

V oblasti světelné techniky se jako světelný zdroj namísto konvenčních halogenových žárovek často užívají světelné diody, označované zkratkou LED. Svetelne LED, zdroje nalezly široké použití i ve svítilnách motorových vozidel. Světelné LED zdroje však vydávají malou světelnou intenzitu a proto se instalují ve větších, počtech v plošném uspořádání, aby se celková intenzita světelného toku zvýšila. Mezi svítilnami motorových vozidel zaujímají zvláštní místo světlovody, které jsou svým podlouhlým tvarem určeny zejména pro vytvářeni světelných linií, umisťovaných po obvodu světlometu nebo samostatně pro vytvoření varovného světla napr.^ pozičního, brzdového, odbočovacího nebo orientačního, denního světla. V současné době světlovody často plni signální světelné funkce, u kterých je vyšší požadavek na světelný tok, jako např. denní svícení ve světlometech a zadní brzdové a směrové světlo ve svítilnách. Světelné LED zdroje se užívají i pro přivedení světla do světlovodů motorových vozidel. Umísťují se na celo

-2světlovodu nebo se instaluji do vybráni vstupní časti světlovodů. Z důvodu malého průměru světlovodu je v zásadě možné použit pouze jeden světelný LED zdroj v jedné vstupní části světlovodu. Rozměry většiny LED diod na trhu neumožňuji použiti vice, než jedné diody na vstupní části světlovodu. Nově jsou na trhu k dispozici bílé LED diody s miniaturními rozměry a dostatečným výkonem pro světlovodové aplikace. Užitím těchto miniaturních LED diod se dosáhne řešeni, podle ktereho se na jeden vstup světlovodu umístí dvě a více těchto LED diod. Užití více než jedné LED diody na vstupu světlovodu je možné pouze za předpokladu rovné vstupní plochy světlovodu a není možné použit žádný typ kolimátoru zejména k zúženi optické charakteristiky LED diody^. následnému šířeni světla ve světlovodu. Toto řešeni je možné použít jen pro výkonové aplikace jako je napr. denní svícení. LED diody zatím nejsou dostupné pro červené světlo, tedy zdroje potřebné pro aplikace světlovodů v zadních skupinových svítilnách pro funkci „stop. Světelný tok ve světlovodu se světelným LED zdrojem uspořádaným na čele světlovodu nemusí být jiz dostatečný. Pro zvýšení světelného toku mívá proto vstupní část světlovodu parabolický tvar, který kolimuje světlo do směru optické osy. Světlovody vsak mají malý průměr a ani parabolický tvar vstupní části nezajišťuje dostatečný světelný tok ani efektivní rozdělení světla v světlovodu.

Ze spisu US7766507 je známa tvarovaná kolimační čočka s více eliptickými plochami pro kolimaci světelného toku ze světelného LED zdroje do směru optické osy kolimační čočky. Strana kolimační čočky, přivrácená ke světelnému LED zdroji má sférické vybrání, v jehož středu je

-3uspořádán světelný LED zdroj. Paprsky vycházející ze světelného LED zdroje tudíž vstupují stěnou sférického vybrání do kolimační čočky bez lomu. Na svém vnějším obvodu má kolimační čočka tvar prvního elipsoidu, jehož první ohnisko leží rovněž ve středu sférického vybraní, ve kterém je uspořádán světelný LED zdroj. Strana kolimační čočky, odvrácená od světelného LED zdroje, je v obvodové oblasti tvořena výsečí druhého elipsoidu ležícího uvnitř prvního elipsoidu a ve středové oblasti kolem optické osy je tvořena vrcholem třetího elipsoidu, orientovaným v opačném směru proti prvnímu a druhému elipsoidu. Část paprsků, vycházejících ze světelného LED zdroje v obvodové oblasti dopadá na vnitřní eliptickou plochu prvního elipsoidu, láme se pod ostrým úhlem k optické ose a průchodem eliptickou plochou^druhého elipsoidu se kolimuje do směru optické osy. Část paprsku vycházejících ze světelného LED zdroje ve středové oblasti dopadá na vnitřní eliptickou plochu třetího elipsoidu a průchodem vnitřní eliptickou plochu,třetího elipsoidu se láme do směru optické osy. Pro zesíleni světelného toku jsou kolimační čočky seřazeny plošné vedle sebe, přičemž kolimační čočky usměrňuji paprsky svých světelných LED zdrojů do směrů, rovnoběžných s optickou osou světelného zařízení. Kolimační čočky podle spisu US7766507 kolimují světlo LED zdroje výrazné do směru optické osy a v plošném uspořádáni jsou proto určeny pro plošné osvětlení a projekci. Využiti jednotlivých kolimačnich čoček pro světlovody motorových vozidel se jeví obtížné zejména z důvodu přílišné velikosti.

Vynález si klade za cíl odstranit nedostatky dosavadního stavu techniky, zvýšit účinnost LED světelného zdroje, zlepšit soustředěni světelných paprsků LED světelného zdroje do světlovodu, zabránit ztráceni světla ze světelného zdroje ve světlovodu, dosáhnout lepšiho rozloženi a lepši homogenity světelného svazku, šiřiciho se světlovodem. Cílem vynálezu je rovněž umožnit využití standartnich typu světelného LED zdroje pro napájení světlovodu určených pro světelné funkce a dosáhnout vyšších světelných toků.

Podstata vynálezu

Cil vynálezu splňuje světelné zařízení motorových vozidel podle vynálezu, obsahující protáhlý světlovod a světelný LED zdroj, uložený ve vstupní části světlovodu, pro vysílaní světelného svazku do světlovodu, jehož podstata spočívá v tom, že vstupní část světlovodu je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů, přičemž světelné LED zdroje jsou umístěny v prvních ohniscích elipsoidů pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz od eliptických sten elipsoidů do druhých ohnisek elipsoidů ležících ve světlovodu, přičemž vzdálenost druhého ohniska od prvního ohniska je u alespoň jednoho z elipsoidů jiná než vzdálenost druhého ohniska od prvního ohniska u některého z ostatních elipsoidů.

Podle jednoho z výhodných provedení elipsoidy mají rotační tvar a jsou uspořádány svými hlavními osami rovnoběžně.

Je výhodné, když je u některého z elipsoidů vzdálenost jeho druhého ohniska od prvního ohniska nejméně 1,5 krát vetší nez vzdálenost druhého ohniska od prvního ohniska u některého z ostatních elipsoidů.

Podle jednoho z výhodných provedení jsou elipsoidy na straně svých vrcholů zkráceny rovinou příčného řezu, která vytváří čela elipsoidů, ve kterých jsou vytvořena sférická vybrání, jejichž střed leží v prvních ohniscích elipsoidů.

Výhodou světelného zařízení podle vynálezu je vyssr účinnost LED světelných zdrojů, lepší rozloženi a lepši homogenita světelného svazku, šířícího se světlovodem. Výhodou je rovněž možnost vhodným nastavením poměru ohniskových vzdáleností eliptických vstupních částí optimalizovat rozloženi světelného svazku uvnitř světlovodů.

Přehled obrázků na výkresech

Světelné zařízení podle vynálezu je vysvětleno na výkresech, na kterých značí obr. 1 podélný řez světlovodem se vstupní částí tvořenou dvěma elipsoidy, obr. 2 perspektivní pohled na vstupní části dvou protínajících se světlovodů, a obr. 3 perspektivní pohled na vstupní části světlovodů se světelnými LED zdroji.

Příkladné provedení vynálezu

Na obr. 1 je v podélném řezu zobrazen podlouhlý světlovod 2, jehož vstupní část 3 je tvořena dvěma elipsoidy 11, 21, které jsou uspořádány svými hlavními osami 14, 24_vedle sebe a jejichž eliptické stěny 13, 23 se protínají v průnikové linii 4. Elipsoidy 11, 21 jsou na straně hlavních vrcholu zkráceny rovinou 5 příčného řezu, která vytváří čela Γ7, 27 elipsoidu 11, 21. V čelech 17, 27 elipsoidů 11, 21 jsou vytvořena sférická vybrání 12, 22, jejichž střed leží na hlavních osách 14, 24 a zároveň v prvních ohniscích 15, 2_5 elipsoidů 11, 21.

» *

-6V prvních ohniscích 15, 25 elipsoidů 11, 21 lezi světelné LED zdroje 1, takže paprsky světelných LED zdrojů 1 procházejí plochami sférických vybrání 12, 22 bez lomu, dopadají a odráží se od eliptických stěn 13_, 23. do druhých ohnisek 16, 26 elipsoidů 11, 21, které leží uvnitř světlovodu 2 v různých vzdálenostech od prvních ohnisek 15, 25. S výhodou činí vzdálenost druhého ohniska 16 prvního elipsoidu 11 od prvního ohniska 1_5 prvního elipsoidu 11 nejméně 1,5 násobek vzdálenosti druhého ohniska 26 druhého elipsoidu 21 od prvního ohniska 25 druhého elipsoidu 21. Elipsoidy 11, 21 mají s výhodou rotační tvar a jsou uspořádány svými hlavními osami 14, 24 rovnoběžně. Elipsoidy 11, 21 však mohou být uspořádány s hlavními osami navzájem skloněnými. Rovněž ve směru podélném nemusí být čela 17, 2J_ elipsoidu 11, 21 v jedne rovině, nýbrž mohou být navzájem posunuta ve směru hlavních os nebo nakloněna. Světelné paprsky ze světelného LED zdroje 1 jsou navázány do světlovodu 2 přes vstupní sférickou plochu. Část takto navázaného světla se dále šíří světlovodem, dokud paprsky nedopadnou na optiku vyzařující světlo, která je součástí světlovodu a je navržena tak, aby změnila směr paprsků světla šířící se světlovodem a poslala paprsky A, B příčně materiálem světlovodu 2 výstupní plochou _6 světlovodu 2. Další část paprsků, navázaných do světlovodu 2 přes vstupní sférickou plochu vybrání 12, 22, dopadá na eliptickou plochu 13, 23, která obklopuje vstupní sférickou plochu vybrání 12, 22. Dochází k totálnímu odrazu světla na eliptické stěně 13, 23 a paprsky světla jsou nasměrovány směrem do těla světlovodu 2_.

Plocha eliptické stěny 13, 23 tvořící eliptický kolimátor má dva ohniskové body. V prvním ohnisku 15, 25 je umístěn čip světelného LED zdroje 1, druhé'ohnisko 16, 26, ve

-7kterém se sbíhají paprsky světla, se nachazi v tele světlovodu 2. Paprsky světla prochází ohniskem 16, 26 a šíří se dále ve světlovodu 2, dokud nedopadnou na světlo vyvažující optiku a neopustí světlovod 2. Poloha druhého ohniska 1_6, 26 eliptické plochy elipsoidu 11, 21 ovlivňuje celkový vzhled světlovodu 2, lze ji využit k nastavení homogenního vzhledu světlovodu 2, aby se na začátku i na konci světlovodu vyvázalo přibližně stejné množství světla. K tomu je potřeba nastavit podmínky tak, aby se co nejvíce světla dostalo přes tělo světlovodu k jeho konci, tj. co nejdále od světelného LED zdroje 1. Čím více je bod prvního ohniska 15_, 25_ vzdálen od zacatku světlovodu 2, tím více se paprsky světla odražené od eliptické plochy vstupní části 3 šíří podél středové osy světlovodu 2 a tím dál je možné je ve světlovodu 2 poslat a tím získat vyváženější poměr mezi jasem světlovodu 2 na začátku a na konci tak, aby se pozorovateli oba konce světlovodu zdály stejně jasné. Na druhou stranu však příliš vzdálená poloha druhého ohniska 16, 26 od eliptické plochy vstupní části 3 snižuje účinnost samotného navázání světla do světlovodu 2. V případě dvou eliptických kolimátorů na vstupu 3 světlovodu 2 je výhodné mít body druhých ohnisek v těle světlovodu 2 v jiných polohách, aby bylo možné vzájemnou změnou poloh ladit a nastavit poměr jasů na začátku a konci světlovodu .

Na obr. 2 jsou znázorněny vstupní části dvou světlovodu 2 resp. 2', které jsou tvořeny vždy dvěma elipsoidy 11, 21 resp. 11', 21'. Elipsoidy 11, 21 se protínají ve viditelné průnikové křivce 4. V oblasti vrcholů jsou elipsoidy U, 21 resp. 11 , 21 opatřeny sférickými vybráními 12, 22 resp. 12', 22' pro uložení

-8světelných LED zdrojů. Světlovody 2, 2' i jejich vstupní části jsou vyrobeny technologii tlakového vstřiku a jsou vytvořeny ze stejného plastového materiálu. V jednom kuse se světlovody 2, 2' je tlakovým vstřikem vyrobený držák 30 pro uchyceni v tělese světlometu nebo ve zvláštním pouzdře v karoserii. Světlovody 2, 2', ktere se krizi v různých směrech, jsou součásti uzavřeného tvaru, který lze volit podle účelu i umístěni světlovodů v pouzdře světlometu nebo v karoserii vozidla. Světlovody 2,^2 jsou vyrobeny z transparentního materiálu, nejčasteji pak z PC, případně PMMA, kde je kladen důraz zejména na optickou čistotu materiálu. Je nutné použít materiál bez přídavných aditiv, která mají vliv na výslednou optickou čistotu materiálu. Při dlouhých optických drahách paprsku ve světlovodu potom by docházelo ke zvýšeným ztrátám vlivem absorpce světla a také ke žloutnutí bílého světla od počátku světlovodu ke konci, kdy dochází k různé~ absorpci světla pro různé vlnové délky. V případe křižem světlovodů jak je ukázáno na obr. 2, dochází k ovlivňováni světlovodů 2, 2' mezi sebou, kdy světlo ze světelného LED zdroje pro horizontálně orientovaný světlovod 2'se dostává do vertikálního světlovodu 2 a naopak. Při výrobě je použita jedna forma na oba krizene světlovody 2, 2'a vyvažující optika je tvořena speciální vložkou, kterou má každý světlovod 2, 2' vlastní.

Obr. 3 osvětluje upevnění světlovodu 2 pomoci držáku 30 _a upevňovacího šroubu 31 na chladiči 32, opatřeném chladícími žebry 33. Na obr. 3 je rovněž znázorněno uložení světelného LED zdroje 1 ve vybrání vrcholové části eliptické stěny 13 prvního elipsoidu 11.

-9Nevýhodou použiti eliptických kolimátorů na vstupu světlovodu mohou být zvýšené požadavky na přesnost usazení LED diody na PCB a na chladič a následné orientaci podsestavy LED, PCB, chladič vůči samotnému světlovodu. Obě PCB desky s LED diodami jsou proto umístěny na společném chladiči, který presne definuje jejich prostorovou polohu. Poloha PCB desek vůči chladiči je dána pomocí držáku (lokačních pinů), které jsou součástí chladiče, a desky jsou následně zajištěny kazda dvěma upevňovacími šrouby 31. Světlovod 2, 2 je nasledne připojen ke chladiči 32 pomoci držáku 30 (lokačního pinu) a jistícího šroubu 31.

Seznam	vztahových značek
1	Světelný LED zdroj
2	Světlovod
3	Vstupní část
4	průniková křivka
5	rovina příčného řezu
6	výstupní plocha
11	První elipsoid
12	Vybrání
13	Eliptická stěna
14	Hlavní osa
15	První ohnisko
16	Druhé ohnisko
17	Čelo
21	Druhý elipsoid
22	Vybrání
23	Eliptická stěna
24	Hlavní osa
25	První ohnisko
26	Druhé ohnisko
27	Čelo
30	držák
31	upevňovací šroub
32	chladič
33	chladící žebro

i * *

Claims (4)

Patentové nároky

1,5 krát větší než vzdálenost druhého ohniska (26) od prvního ohniska (25) u některého z ostatních elipsoidů (21) .

1. Světelné zařízeni motorových vozidel obsahující protáhlý světlovod (2) a světelný LED zdroj (1) , uložený ve vstupní části (3) světlovodu (2), pro vysílání světelného svazku do světlovodu (2) , vyznačující setím, že vstupní část (3) světlovodu (2) je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů (11, 21), přičemž světelné LED zdroje (1) jsou umístěny v prvních ohniscích (15, 25) elipsoidů (11, 21) pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz od eliptických stěn (13, 23) elipsoidů (11, 21) do druhých ohnisek (16, 26) elipsoidů (11, 21) ležících ve světlovodu (2) , přičemž vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) je u alespoň jednoho z elipsoidů (11, 21) jiná než vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) u některého z ostatních elipsoidů (11, 21) .

2. Světelné zařízení podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že elipsoidy (11, 21) mají rotační tvar a jsou uspořádány svými hlavními osami (14, 24) rovnoběžně.

3. Světelné zařízení podle nároku 1, vyznačuj ící se t í m , že u některého z elipsoidů (11) je vzdálenost jeho druhého ohniska (16) od prvního ohniska (15) nejméně

4. Světelné zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím , že elipsoidy (11, 21) jsou na straně svých vrcholů zkráceny rovinou (5) příčného řezu, která vytváří čela (17, 27) elipsoidů (11, 21), ve kterých jsou vytvořena sférická vybrání (12, 22), jejichž střed leží v prvních ohniscích (15, 25) elipsoidů (11, 21).