DE102013101344A1

DE102013101344A1 - Optisches System für eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102013101344A1
Application number: DE102013101344.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Mügge
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-08-14
Also published as: CN103982863A; CN103982863B; US20140226354A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System (1) für eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge umfassend mindestens eine Lichteinheit zur Erzeugung einer Lichtfunktion, teildurchlässige Spiegelflächen (4a–4g) und reflektierende Spiegelflächen (3, 3a–3c), dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Spiegelflächen (3, 3a–3c) und die teildurchlässigen Spiegelflächen (4a–4g) derart in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung (H) orientiert sind, dass die vom Lichtleitelement (2) abgestrahlten Teillichtbündel (T) in Richtung der Hauptabstrahlrichtung (H) lenkbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge umfassend mindestens eine Lichteinheit zur Erzeugung einer Lichtfunktion, teildurchlässige Spiegelflächen und reflektierende Spiegelflächen.
Aus der EP 2390137 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der mit einer Licht abstrahlenden Lichtquelle und mit einer der Lichtquelle zugeordneten Optikeinheit das ausgesandte Licht entgegen und in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung umlenkbar ist. Die Optikeinheit weist eine Spiegeleinrichtung mit einem vorderen Spiegel und einem in Hauptabstrahlrichtung hinter demselben angeordneten Spiegel auf, zwischen denen das Licht hin- und her reflektiert wird. Dabei ist der vordere Spiegel teildurchlässig ausgebildet, so dass ein erster Teil des auf den vorderen Spiegel treffenden Lichtbündels in Hauptabstrahlrichtung durchtritt und ein zweiter Teil des auf den vorderen Spiegel treffenden Lichtbündels in Richtung des hinteren Spiegels reflektiert wird. Die hierdurch gebildete Spiegeleinrichtung wirkt als „Spiegeltunnel“ zur Erzeugung eines „Tunnellichtes“ das ein Erscheinungsbild der Beleuchtungsvorrichtung mit Tiefenwirkung ermöglicht.
Aus der DE 10 2010 006 348 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der in einem Gehäuse eine erste Lichteinheit und mindestens eine in Hauptabstrahlrichtung hinter derselben angeordnete zweite Lichteinheit angeordnet sind, wobei die erste Lichteinheit ein flächiges Lichtleitelement aufweist mit einer der zweiten Lichteinheit zugewandten Rückseite, mit einer der zweiten Lichteinheit abgewandten Vorderseite und mit einer die Rückseite mit der Vorderseite verbindenden Schmalseite, der als Lichteinkoppelfläche mindestens ein Leuchtelement zum Einkoppeln des Lichtes in das flächige Lichtleitelement zugeordnet ist. Die Rückseite und/oder die Vorderseite des flächigen Lichtleitelementes sind mit einer Anzahl von Auskoppelelementen versehen, so dass von der Vorderseite des flächigen Lichtleitelementes ein Lichtbündel vorgegebener Lichtstärkeverteilung abstrahlbar ist. Dabei weist die mindestens zweite Lichteinheit ein flächiges Lichtleitelement auf mit an einer Vorderseite und/oder an einer Rückseite derselben angeordneten Auskoppelelementen. Auf platzsparende Weise wird hierbei das stilistische Erscheinungsbild erweitert, ohne die Lichtfunktion zu schmälern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives optisches System für eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge vorzusehen, das platzsparend, einfach und kostengünstig in einem Gehäuse bereitgestellt werden kann und bei dem eine Vergrößerung der Ausleuchtfläche und eine optimierte Sichtbarkeit zu großen Beobachtungswinkeln erreichbar ist, bei gleichzeitig geschicktem Aufbau der Spiegel zur Erzielung von sichtbaren Tiefeneffekten in der Ausleuchtung.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Spiegelflächen und die teildurchlässigen Spiegelflächen derart in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung orientiert sind, dass die vom Lichtleitelement abgestrahlten Teillichtbündel in Richtung der Hauptabstrahlrichtung lenkbar sind.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen einer Mehrzahl von teildurchlässigen Spiegelflächen, die um ein Lichtleitelement herum angeordnet sind Teillichtbündel, die vom Lichtleitelement abgestrahlt werden, in unterschiedliche Richtungen abgelenkt, umgelenkt und reflektiert werden können, um so eine Vergrößerung der Ausleuchtfläche und eine optimierte Sichtbarkeit zu großen Beobachtungswinkeln zu erreichen, bei gleichzeitig verschachteltem Aufbau der Spiegel zur Erzielung von sichtbaren Tiefeneffekten in der Ausleuchtung.
Dabei sind die teildurchlässigen Spiegelflächen zwischen dem Lichtleitelement und der reflektierenden Spiegelfläche angeordnet. Das vom Lichtleitelement abgegebene Teillichtbündel wird im Lichtleitsystem derart reflektiert und umgelenkt, dass sich ein Tiefeneffekt einstellt, wobei sich dieser Effekt auch in sehr kleinen optischen Systemen erreichen lässt.
Hierbei kann die erfindungsgemäße Ausführung eine Lösung bieten, die zudem vielfältige stilistische Möglichkeiten für unterschiedlichste Gestaltungen bietet, so dass die Kfz-Hersteller unabhängig voneinander verschieden ausgeführte Systeme nutzen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Halbspiegel durch eine Teilbedampfung oder Sputterung der Oberfläche eines transparenten Kunststoffelementes erzeugt. Hierbei kann die Schichtdicke der Sputterung und das Material mit dem gesputtert wird (Alu, Chrom, Edelstahl, Silber, Gold etc.) variiert werden, um unterschiedliche Erscheinungsbilder und Reflektionsgrade bzw. Transmissionsgrade zu erzielen.
Ferner können die Seitenflächen des Lichtleitelements mit Auskoppelstrukturen versehen werden, die eine beliebige Graphik, wie bspw. Punkte, Linien oder graphische Elemente darstellen und intern auftreffendes Licht brechen und seitlich abstrahlen. Die Auskoppelstrukturen können dabei als Erodier,- Ätz- oder Laserstrukturen oder als Bedruckung oder optische Elemente ausgeführt sein.
Das vom Lichtleiter abgestrahlte Licht wird erfindungsgemäß durch ein System von Halbspiegeln und Vollspiegeln geleitet (reflektiert und gebrochen), um eine Vergrößerung der leuchtenden Fläche zu erzielen und Licht auch bis in große seitliche Beobachtungswinkel abzulenken. Eine Flächenvergrößerung ist erforderlich, um bspw. für eine USA-Zulassung die geforderte leuchtende Fläche von 50 cm² in Vorwärtsprojektion zu erzielen, auch wenn nur ein einziges kleines optisches System verwendet wird. Durch die steigenden Lichtströme der heute verfügbaren LED stellt es kein Problem dar, mit sehr kleinen optischen Systemen die Lichtstärken der jeweiligen Funktion zu erzeugen; die Schwierigkeit liegt dann jedoch darin auch die Flächenforderung zu erreichen.
Die Anzahl der reflektierenden Spiegelflächen und die der teildurchlässigen Spiegelflächen sind dabei beliebig wählbar, um gewünschte Lichtrichtungen zu generieren. Dabei kann auch der Winkel der Spiegelelemente zueinander bzw. zur optischen Achse des Systems variieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Spiegel direkt vor dem Lichtaustritt des optischen Systems positioniert. Sinnvoll ist hierfür dann ein schwacher Reflexionsgrad mit der Sputterung einzustellen, um bei einem halbtransparenten Spiegel noch viel Licht hindurch zu bekommen oder einen Vollspiegel zu wählen, um das gesamte Licht des Optiksystems zu den Seiten abzulenken und an anderer Stelle wieder in Lichtaustrittsrichtung zu reflektieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die einzelnen Halbspiegel, die aus einem transparenten Kunststoff bestehen, von oben oder unten mit zusätzlichen LED-Lichtquellen beleuchtet, die damit selbst aktiv als Lichtleitelement dienen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die Spiegelelemente als Einzelelemente vorgesehen sein oder auch als zusammenhängende Zusatzlichtscheibe einstückig gefertigt sein. Dies hängt vom jeweiligen Aufbau der Funktion und der Größe der Funktionskammer ab.
Die Spiegelelemente bilden ein dreidimensionales Gebilde indem sie winklig zueinander stehen und in unterschiedlicher Größe, Position und Tiefe zum optischen System ausgeführt sind. Dadurch entsteht auch für einen Betrachter ein dreidimensionaler Eindruck der leuchtenden Funktion, da die Lichtreflektionen von unterschiedlichen Flächen wahrgenommen werden.
Bei einem klassischen Reflektoraufbau mit dem Leuchtmittel im Brennpunkt eines parabolischen Reflektors nimmt der Betrachter dagegen die gesamte Reflektorfläche insgesamt als leuchtende Fläche wahr, was keine Tiefenwirkung erzeugt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das optische System auch ein flächiges System sein, z.B. eine Reflektormatrix oder eine Fresnellinsenmatrix oder ein Lichtleiter sein, das sich hinter den Spiegelelementen (quer zu diesen) erstreckt und das Licht flächig in Lichtaustrittsrichtung abgibt. Dieses Licht kann dann durch die Spiegelelemente aufgenommen und entsprechend verteilt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Lichtleitelements,
2 eine Draufsicht auf ein Lichtleitersystem,
3 eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 2,
4 eine Draufsicht auf ein alternatives Lichtleitersystem,
5 eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 4,
6 eine Draufsicht auf ein weiteres alternatives Lichtleitersystem,
7 eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 6,
8 eine Draufsicht auf ein weiteres alternatives Lichtleitersystem und
9 eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 8.
Ein erfindungsgemäßes optisches System für Signalfunktionen kann in einer Heckleuchte, einen Scheinwerfer oder Leuchten der Allgemeinbeleuchtung angeordnet sein.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Lichtleitelements dargestellt. Es handelt sich vorliegend um ein flächiges Lichtleitelement (Edge-Light), welches bevorzugt vertikal und zentrisch im optischen System integriert werden kann.
Rückseitig wird Licht von einem Leuchtmittel 5 (2) in das Lichtleitelement 2 eingespeist. Das Licht durchläuft das Lichtleitelement 2 gemäß dem Prinzip der Totalreflexion an den jeweiligen Grenzflächen und tritt dann an der Vorderkante aus. Zur Lichtsteuerung kann die vordere Kante eine Streuoptik in der Form von Kissenoptiken, Streifenoptiken oder Prismenoptiken aufweisen.
Ferner tritt Licht auch aus den beiden Seitenflächen des Lichtleitelements 2 aus.
In 2 ist eine Draufsicht auf ein Lichtleitersystem dargestellt. Das optische System (Lichtleitersystem) 1 weist neben dem Lichtleiterelement 2 und dem Leuchtelement 5, eine reflektierende Spiegelfläche 3 und zwei teildurchlässige Spiegelflächen 4a–4b auf.
Die reflektierende Spiegelfläche 3 weist drei Teilbereiche 3a–3c auf, wobei der Teilbereich 3b zwischen den Teilbereichen 3a und 3c liegt und mittig das Lichtleitelement 2 aufnimmt.
Die teildurchlässigen Spiegelflächen 4a–4b sind mit der reflektierenden Spiegelfläche 3 am Teilbereich 3b verbunden. Die freien Enden der Spiegelflächen 4a und 4b sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement geneigt. Die freien Enden der Teilbereiche 3a und 3c sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement 2 noch stärker geneigt.
In der Draufsicht aus 2 sind Strahlengänge eingezeichnet, um einerseits deren Verlauf zu veranschaulichen und um andererseits deutlich zu machen, dass die beiden Scheiben 4a und 4b als halbtransparente Scheiben sowohl Licht reflektieren, als auch brechen. Das Teillichtbündel T ist exemplarisch eingezeichnet.
Sämtliche Teillichtbündel T werden derart umgelenkt/reflektiert bis sie aus dem Lichtleitersystem 1 in Richtung der Hauptabstrahlrichtung H austreten.
In 3 ist eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 2 dargestellt.
In 4 ist eine Draufsicht auf ein alternatives Lichtleitersystem dargestellt. Das Lichtleitersystem 1 weist neben dem Lichtleiterelement 2 und dem Leuchtelement 5, eine reflektierende Spiegelfläche 3 und vier teildurchlässige Spiegelflächen 4a–4d auf.
Die reflektierende Spiegelfläche 3 weist drei Teilbereiche 3a–3c auf, wobei der Teilbereich 3b zwischen den Teilbereichen 3a und 3c liegt und mittig das Lichtleitelement 2 aufnimmt.
Die teildurchlässigen Spiegelflächen 4a–4d sind mit der reflektierenden Spiegelfläche 3 am Teilbereich 3b verbunden. Die freien Enden der Spiegelflächen 4a–4d sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement nach links bzw. rechts geneigt. Die freien Enden der Teilbereiche 3a und 3c sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement stärker geneigt.
In 5 ist eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 4 dargestellt.
In 6 ist eine Draufsicht auf ein weiteres alternatives Lichtleitersystem dargestellt. Das Lichtleitersystem 1 weist neben dem Lichtleiterelement 2 und dem Leuchtelement 5, eine reflektierende Spiegelfläche 3 und sechs teildurchlässige Spiegelflächen 4a–4f auf.
Die reflektierende Spiegelfläche 3 weist drei Teilbereiche 3a–3c auf, wobei der Teilbereich 3b zwischen den Teilbereichen 3a und 3c liegt und mittig das Lichtleitelement 2 aufnimmt.
Die teildurchlässigen Spiegelflächen 4a–4f sind mit der reflektierenden Spiegelfläche 3 am Teilbereich 3b verbunden. Die freien Enden der Spiegelflächen 4a–4f sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement geneigt. Die freien Enden der Teilbereiche 3a und 3c sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement noch stärker geneigt.
In 7 ist eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 6 dargestellt.
In 8 ist eine Draufsicht auf ein weiteres alternatives Lichtleitersystem dargestellt. Das Lichtleitersystem 1 weist neben dem Lichtleiterelement 2 und dem Leuchtelement 5, eine reflektierende Spiegelfläche 3 und sieben teildurchlässige Spiegelflächen 4a–4g auf.
Die reflektierende Spiegelfläche 3 ist eine halbkreisförmig gewölbte Spiegelfläche, die mittig das Lichtleitelement 2 aufnimmt.
Die teildurchlässigen Spiegelflächen 4a–4b sind mit der reflektierenden Spiegelfläche 3 im Bereich des Lichtleiterelements 2 verbunden. Die freien Enden der Spiegelflächen 4a–4b sind gegenüber dem zentrisch angeordneten Lichtleitelement 2 geneigt. Die teildurchlässigen Spiegelflächen 4c–4f sind entsprechend der 8 im Lichtleitersystem 1 angeordnet. Die Spitze der Spiegelfläche 4g mit ihrem V-förmigen Querschnitt befindet sich dabei vor der Stirnseite des Lichtleitelements 2.
In der Draufsicht aus 8 sind Strahlengänge eingezeichnet, um einerseits deren Verlauf zu veranschaulichen und um andererseits deutlich zu machen, dass die Scheiben 4a–4g als halbtransparente Scheiben sowohl Licht reflektieren, als auch brechen. Das Teillichtbündel T ist exemplarisch eingezeichnet.
Sämtliche Teillichtbündel T werden derart umgelenkt/reflektiert bis sie aus dem optischen System in Richtung der Hauptabstrahlrichtung H austreten.
In 9 ist eine Ansicht aus der Vogelperspektive auf das Lichtleitersystem gemäß 8 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: optisches System
2: Lichtleitelement
3, 3a–3c: reflektierende Spiegelfläche
4a–4g: teildurchlässige Spiegelfläche
5: Leuchtelement
T: Teillichtbündel
H: Hauptabstrahlrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2390137 A1 [0002]
DE 102010006348 A1 [0003]

Claims

Optisches System (1) für eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge umfassend mindestens eine Lichteinheit zur Erzeugung einer Lichtfunktion, teildurchlässige Spiegelflächen (4a–4g) und reflektierende Spiegelflächen (3, 3a–3c), dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Spiegelflächen (3, 3a–3c) und die teildurchlässigen Spiegelflächen (4a–4g) derart in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung (H) orientiert sind, dass die vom Lichtleitelement (2) abgestrahlten Teillichtbündel (T) in Richtung der Hauptabstrahlrichtung (H) lenkbar sind.
Optisches System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die teildurchlässigen Spiegelflächen (4a–4g) derart im optischen System angeordnet sind, dass die von der Lichteinheit abgestrahlten Teillichtbündel (T), die von den teildurchlässigen Spiegelflächen (4a–4g) nicht reflektiert werden, von den reflektierenden Spiegelflächen (3, 3a–3c) total reflektiert werden.
Optisches System (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest die zwei teildurchlässigen Spiegelflächen (4a und 4b), die sich am nächsten zur Lichteinheit befinden, annähernd parallel zu dieser angeordnet sind.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Spiegelflächen (3, 3a–3c) bedampfte Kunststoffelemente, bevorzugt eine Zusatzlichtscheibe, eine Blende oder ein Gehäuse sind und dass die teildurchlässigen Spiegelflächen (4a–4g) bedampfte Kunststoffelemente sind, die wenigstens in Teilbereichen durch Teilbedampfung oder Sputterung der Oberfläche erzeugbar sind.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinheit ein Lichtleitelement (2) aufweist, das stabförmig, streifenförmig oder flächig ausgebildet ist und/oder mindestens ein Leuchtelement (5), bevorzugt eine Glühlampe oder eine LED-Lichtquelle, aufweist.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelflächen der teildurchlässigen und reflektierenden Spiegelflächen planar, gewölbt oder durch unterschiedliche prismatische Flächen facettiert sind.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelflächen der teildurchlässigen und reflektierenden Spiegel zusammenfügbare Einzelelemente sind oder einstückig ausgebildet sind.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sind die teildurchlässige Spiegelfläche (4g) direkt vor dem Lichtaustritt des optischen Systems positionierbar sind.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass optische System ein flächiges System bevorzugt eine Reflektormatrix, eine Fresnellinsenmatrix oder ein Lichtleiter ist.
Optisches System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche LED-Lichtquellen vorgesehen sind und die teildurchlässigen Spiegel von oben oder von unten zusätzlich beleuchtbar sind.