DE19538868A1

DE19538868A1 - Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE19538868A1
Application number: DE19538868A
Authority: DE
Inventors: William James Cassarly; John Martin Davenport; Richard Lowell Hansler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1996-05-02
Also published as: JPH08241616A; FR2726069B1; FR2726069A1; US5515243A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem, insbesondere eines, das eine zentralisierte Lichtquelle und ein oder mehrere Lichtführungen oder Lichtleiter benutzt, um das Licht von der Lichtquelle zu einer entfernten Stelle zu über tragen. Mehr im besonderen ist eine Lichtquelle großer Hellig keit zum Einsatz bei Automobilen vorgesehen, wo ein oder mehre re Lichtführungen Licht von der Quelle zu verschiedenen Endver wendungen, wie Scheinwerfern, Blinkerkontrolleuchten, Schluß lichtern, Innenlampen usw. leiten.

Wie beschrieben wird, findet die vorliegende Erfindung besondere Anwendbarkeit bei der Modifikation eines konventio nellen Halogen-Glühlampen-Scheinwerfers unter Einsatz einer beträchtlichen Anzahl existierender Komponenten und Modifizie ren des Scheinwerfers, um Vorteile aus dem Nutzen des zentra lisierten Beleuchtungssystem zu ziehen. Es sollte jedoch klar sein, daß die Erfindung vorteilhaft in verwandten Umgebungen und bei verwandten Anwendungen benutzt werden kann, wie Anzei gen-Beleuchtungsanordnungen oder ähnlichem, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Die US-PS 5,278,731 von Davenport und Hansler, die auf die vorliegende Anmelderin übertragen ist, beschreibt ein verwand tes Anpassungs-Beleuchtungssystem, wobei die Einzelheiten die ser PS durch Bezugnahme hier aufgenommen werden. Im allgemeinen offenbart sie die Verwendung eines planaren Spiegels, der Licht vom Ausgangsende einer Lichtführung zu einer gekrümmten reflek tierenden Oberfläche, wie einer Parabel bzw. Kegelschnittlinie, richtet. Der planare Spiegel ist am oder nahe dem Brennpunkt der parabelförmigen reflektierenden Oberfläche angeordnet, so daß kollimiertes Licht von der parabolischen Oberfläche reflek tiert wird. Das Licht gelangt dann zu einer Linse, die den Scheinwerfer abschließt, und die Linse dirigiert das Licht in einer erwünschten Weise.

Hinsichtlich des aus einem Scheinwerfer austretenden Lich tes ist Blenden immer von Bedeutung. Insbesondere werden Licht strahlen, die von dem Scheinwerfer nach oben in die Augen eines entgegenkommenden Fahrers gerichtet werden, allgemein als Blen den bezeichnet. Es ist daher erforderlich, wirksam Lichtstrah len zu kontrollieren oder zu handhaben, die ansonsten zum Blen den beitragen würden. Ein anderes Problem in der Umgebung von Scheinwerfern ist es, so viel nach vorn gerichtetes Licht zu schaffen als möglich. Kleinwinklige Prismen auf der Linse sor gen nur für eine geringe Umleitung des Lichtes ohne einen be trächtlichen Verlust in der Helligkeit, so daß durch diese Ab schnitte gelangendes Licht dem Lichtmuster die erforderliche Helligkeit verleiht. Die auf der Linse vorhandenen linsenarti gen Elemente, sogenannte "Lenticules", verbreitern das Licht, um das erwünschte Lichtmuster zu vervollständigen.

Das Scheinwerfer-Design muß auch die Konfiguration der reflektierenden Oberfläche berücksichtigen, so daß das aus dem Lichtleiter austretende Licht wirksam durch die reflektierende Oberfläche nach vorn reflektiert wird. Das aerodynamische und ein geringes Profil aufweisende Design von Autoinobilen sorgt nicht immer für eine symmetrische parabolische reflektierende Oberfläche. In solchen Fällen, bei denen eine asymmetrische parabolische Anordnung benutzt wird, ist der Abstand der Licht quelle (Ende des Lichtleiters) zu den Kanten der reflektieren den Oberfläche nicht gleich. Die unterschiedlichen Abmessungen zu den Kanten der parabolischen reflektierenden Oberfläche führen ebenfalls zu einer ungleichen Bildgröße. Diese Anordnung erfordert daher spezielle Beachtung.

Mit all diesen Einschränkungen ist es erforderlich, eine modifizierte Zwischenanordnung zu schaffen, die viele der opti schen Komponenten existierender Scheinwerfersysteme benutzt. Es werden nur ausgewählte Teile eines zentralisierten Lichtsystems in bekannte Anordnungen eingebaut, um die Kosten des schließli chen Übergangs zu einem vollständigen zentralisierten Lichtsy stems in der Zukunft zu minimieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein neues und verbesser tes Lichtsystem, das sich mit den Problemen befaßt, die mit dem Blenden verbunden sind, und die Helligkeit des Lichtes opti miert, das aus dem Scheinwerfer abgegeben wird.

In einer verwandten Anordnung werden die gleichen Prinzi pien auf eine asymmetrische reflektierende Oberfläche angewen det, die wirksam das aus dem Lichtleiter emittierte Licht nutzt und durch eine solche Anordnung gebildete ungleiche Bilder kom pensiert.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung schließt das Austritts ende des Lichtleiters eine abgeschrägte Kante ein, die ein Blenden im Muster für die Straßenbeleuchtung beseitigt.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird das Licht vom Lichtleiter in viele Teile unterteilt, von denen mindestens zwei durch die Linse geführt werden, um zur Helligkeit des Lichtmusters beizutragen.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist der mul tiplanare Spiegel, der Licht vom Lichtleiter zur reflektieren den Oberfläche dirigiert, gegenüber der Längsachse des Licht leiters versetzt. Diese Mittellinienverschiebung und ungleiche Vergrößerung, die durch die asymmetrische Parabel geschaffen wird, kombinieren sich zur Schaffung von Bildern, die hinsicht lich der Größe relativ gleich sind.

Noch andere Vorteile und Nutzen der Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung deut lich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung kann in gewissen Teilen und Anordnungen von Teilen verkörpert sein, von denen bevorzugte Ausführungsformen detailliert in dieser Beschreibung erläutert und in der beige fügten Zeichnung dargestellt sind, in der zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Grundkomponenten eines zentralisierten Lichtsystems;

Fig. 2 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, die Kompo nenten einer Scheinwerfer-Baueinheit gemäß den Lehren der vor liegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Scheinwerfer-Baueinheit von Fig. 2;

Fig. 4 eine Endansicht eines multiplanaren Spiegels und einer schematischen Darstellung bestimmter Lichtteile, die durch den multiplanaren Spiegel gebildet werden;

Fig. 5 eine Seitenansicht des multiplanaren Spiegels;

Fig. 6 eine Endansicht des Austrittsendes des Lichtlei ters;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Schwierigkeiten bei einem asymmetrischen parabolischen Reflektor und

Fig. 8 eine bevorzugte Lösung gemäß der vorliegenden Er findung hinsichtlich der asymmetrischen Parabelanordnung der Fig. 7.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der Zeichnung, die nur die bevorzugten Ausführungsfor men der Erfindung veranschaulichen, die Erfindung aber nicht einschränken soll, zeigt Fig. eine zentralisierte Lichtquelle 10, die eine Lichtquelle großer Helligkeit ist, die zwei oder mehr damit verbundene Lichtleiter 12, 14 aufweist. Die Licht leiter sind vorzugsweise an den Eintritt senden durch Kopplungs teile 16, 18 mit der Lichtquelle verbunden, die einen glatten optischen Übergang mit geringem Verlust zwischen der Licht quelle und den Lichtleitern schaffen. Das Licht gelangt von der Lichtquelle durch die Leiter zu den Austrittsenden 22, 24, die als innerhalb entsprechender Scheinwerfer 26, 28 endend gezeigt sind. Wie aus der folgenden Diskussion deutlich wird, werden die Lichtleiter vorzugsweise durch eine Öffnung im rückwärtigen Teil des Scheinwerfers aufgenommen und treten allgemein entlang dessen Längsachse in diesen ein. Das Austrittsende jedes Licht leiters ist am oder nahe dem Brennpunkt der entsprechenden re flektierenden Oberflächen 34, 36 angeordnet. Die reflektieren den Oberflächen 34, 36 werden allgemein als gekrümmt bezeich net, und sie können parabolische, sphärische, zusammengesetzte parabolische sammelnde Oberflächen oder andere geeignete geome trische Oberflächenkonfigurationen aufweisen.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf Fig. 1 und zusätzliche Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 wird die Diskussion einer Scheinwerfer-Baueinheit als gleichermaßen anwendbar auf den anderen Scheinwerfer angesehen, sofern nichts gegenteiliges ausdrücklich angegeben ist. Licht, das aus dem Austrittsende des Lichtleiters austritt, wird zu einem multiplanaren Spiegel 40 geleitet, der in der ersten bevorzugten Anordnung drei pla nare Oberflächen 42, 44, 46 einschließt. Wie am besten in Fig. 2 veranschaulicht, sind die zweiten und dritten Oberflächen 44, 46 des Dreifach-Spiegels durch einen Winkel 50 getrennt. In der bevorzugten Ausführungsform hat dieser Winkel eine Größe von etwa 90 bis 120°, um Teile des aus dem Lichtleiter austretenden Lichtes zu beabstandeten Bereichen 52, 54 auf der reflektieren den Oberfläche 34 (Fig. 4) zu richten.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die erste Oberfläche 42 in ei nem Winkel 56 in der Größenordnung von etwa 30 bis 45° angeord net. Im allgemeinen wird, wie am besten in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, das durch diese dritte Oberfläche reflektierte Licht nach oben zu einem oberen Bereich 62 der reflektierenden Oberfläche gerichtet. Wie klar sein sollte, sind diese Winkel größen für einen Spiegel mit drei Oberflächen oder einen Drei fach-Spiegel bevorzugt, wobei die Winkel variieren können, wenn auch andere multiplanare Spiegel oder optische Anordnungen be nutzt werden.

Aus dem Lichtleiter 12 austretendes Licht verläuft im all gemeinen entlang der Längsachse des Leiters, die mit der Längs achse der reflektierenden Oberfläche 34 zusammenfällt. Wie de taillierter in der US-PS 5,278,731 beschrieben, sind diese Spiegeloberflächen dicht benachbart dem Brennpunkt der parabo lischen reflektierenden Oberfläche 34 angeordnet. Hat der Scheitel der Spiegel einen Abstand vom Austrittsende des Licht leiters, dann werden die aus dem Leiter austretenden Licht strahlen zur parabolischen Oberfläche 34 nach rückwärts reflek tiert und verfehlen das Austrittsende des Lichtleiters. In ei ner alternativen Anordnung kann der Scheitel der Spiegel eng benachbart dem Austrittsende des Lichtleiters angeordnet sein. In jeder Anordnung wird Licht durch den Spiegel zu der parabo lischen reflektierenden Oberfläche umgeleitet, um die drei re flektierten Abschnitte 52, 54, 62 zu bilden. Vorzugsweise wer den mindestens zwei dieser Abschnitte 52, 54 ausgewählt, so daß Licht, das von der reflektierenden Oberfläche 34 in diesen Be reichen reflektiert wird, zu den "klaren" Abschnitten der Linse 70 gelenkt wird, d. h. Bereichen der Linse, die kleinwinklige Prismen aufweisen, die die Richtung des durchgehenden Lichtes nur wenig ändern, ohne die Helligkeit merklich zu beeinflussen. Eine optimierte Helligkeit wird erzielt durch Richten eines größeren Abschnittes des Lichtes zu den Regionen 52, 54, die den Pfad der Strahlen von diesen Regionen zu den "klaren" Regi onen der Linse umleiten.

Licht vom dritten Abschnitt 62 wird zu den in der Schein werferlinse gebildeten Lenticules geleitet. Die Lenticules sind kleine Linsen, die in der Linse ausgebildet sind, und die Licht in der horizontalen Richtung spalten oder ausbreiten und zum Hauptteil des ausgebreiteten Lichtes für ein erwünschtes Strahlmuster des Scheinwerfers resultieren.

Wie am besten in den Fig. 3 und 6 gezeigt, hat das Aus trittsende 22 des Lichtleiters eine geringere Querschnitts abmessung als der Rest des Querschnittes des Lichtleiters. Dies wird über einen verjüngten Bereich 72 erzielt, der besonders brauchbar bei der Beseitigung des Blendens aus dem Strahlmuster des Scheinwerfers ist. Das Blenden ist am häufigsten mit Licht verbunden, das nach oben und in die Augen eines entgegenkommen den Fahrers gerichtet ist. Die verjüngte Kante schafft einen flachen Abschnitt, der eine klare Kante im Beleuchtungsmuster für die Straße schafft und das Blenden minimiert. Es können natürlich auch andere Anordnungen mit gleichem Erfolg benutzt werden, die dem Licht einen klaren Rand geben, bevor es durch die reflektierende Oberfläche 34 gerichtet wird, obwohl der verjüngte Lichtleiter derzeit die bevorzugte Art und Weise zur Lösung dieser Aufgabe ist, da das Licht nicht verloren geht.

In den Fig. 7 und 8 ist eine andere Ausführungsform ge zeigt, bei der eine asymmetrische parabolische reflektierende Oberfläche 80 eine Öffnung 82 aufweist, die einen durchgehenden Lichtleiter 12 aufnimmt. Wie am besten in Fig. 7 veranschau licht, wird Licht, das durch den V-förmigen Spiegel zu einem Rand 86 der reflektierenden Oberfläche geleitet wird, nach vorn dirigiert, um ein Bild 88 verringerter Größe zu bilden. In ähn licher Weise resultiert aus dem Licht, das zum Rand 88 diri giert wird, der ein vergrößertes Bild 80 bildet, eine Vergröße rung. Mit einer asymmetrischen parabolischen reflektierenden Oberfläche ergeben sich somit zwei Bilder 88, 90 unterschiedli cher Größe. In dieser Anordnung ist der Scheitel der spiegeln den Oberflächen 92, 94 auf der Längsachse 96 des Lichtleiters angeordnet.

Wie in Fig. 8 gezeigt, ist der Scheitel vorzugsweise um einen vorbestimmten Abstand 100 verschoben, um allgemein gleich große Bilder 102, 104 zu erhalten. Ein zusätzlicher Nutzen ergibt sich aus der Versetzung des V-Spiegels. Dieser besteht darin, daß weniger parabolische Oberfläche auf der einen Seite 88 vorhanden ist als auf der anderen Seite 86, da der Licht leiter durch eine Öffnung eintritt, die näher benachbart dem Rand 88 als dem Rand 86 liegt. Es wird typischerweise mehr Licht außerhalb der parabolischen reflektierenden Oberfläche verloren, die mit der den Rand 88 enthaltenden Seite verbunden ist. Durch Versetzen des V-Spiegels, wie durch die Bezugsziffer 100 repräsentiert, wird ein verringerter Abschnitt des Lichtes zur kleineren Seite der reflektierenden Oberfläche dirigiert, die den Rand 88 enthält, wodurch der Gesamtverlust an Licht im System verringert wird.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Aus führungsformen beschrieben. Offensichtlich ergeben sich beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung Modifikationen und Änderungen. Es ist beabsichtigt, alle solche Modifikationen und Änderungen insoweit einzuschließen, als sie in den Rahmen der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.

Claims

1. Beleuchtungssystem zum Übertragen von Licht von einer dazugehörigen Lichtquelle zu einer entfernten Stelle, wobei das Beleuchtungssystem umfaßt:
einen Lichtleiter mit einem Eingangsende zur Aufnahme von Licht von einer dazugehörigen Lichtquelle und mit einem Aus gangsende zum Richten von Licht nach außen in einem Muster, das einen im wesentlichen linearen Rand aufweist;
eine Spiegeloberfläche, die Licht vom Ausgangsende des Lichtleiters empfängt und das Licht umleitet;
eine gekrümmte reflektierende Oberfläche, die das umgelei tete Licht von der Spiegeloberfläche empfängt und das Licht in einer vorbestimmten Richtung leitet und
worin der Lichtleiter einen sich verjüngenden Wandab schnitt einschließt, der die Querschnittsabmessung des Licht leiters benachbart dem Ausgangsende verringert, wobei der sich verjüngende Wandabschnitt den im wesentlichen linearen Rand im Lichtmuster schafft, das aus dem Lichtleiter emittiert wird.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, worin die Spiegel oberfläche mindestens eine erste, zweite und dritte planare Oberfläche einschließt, die mit Bezug aufeinander im Winkel angeordnet sind, um Licht zu unterschiedlichen Abschnitten der gekrümmten reflektierenden Oberfläche umzuleiten.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, worin die gekrümmte reflektierende Oberfläche eine parabolische Konfiguration auf weist, die durch eine abgestumpfte Parabel gebildet wird.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, worin der Licht leiter allgemein entlang einer Längsachse durch die gekrümmte reflektierende Oberfläche verläuft.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, worin die gekrümmte reflektierende Oberfläche eine asymmetrische Oberfläche ist und das Ausgangsende des Lichtleiters näher dem einen Rand der re flektierenden Oberfläche als dem anderen liegt, um die Größe der durch verschiedene Seiten der reflektierenden Oberfläche erzeugten Bilder im wesentlichen anzugleichen.

6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Linse, die mit Bezug auf die reflektierende Oberfläche angeordnet ist, um von dort dirigiertes Licht zu empfangen und wobei die Spiegeloberfläche eine erste und zweite planare Ober fläche einschließt, die im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei durch die erste planare Oberfläche umdirigiertes Licht schließlich durch einen im wesentlichen klaren Abschnitt der Linse verläuft, um nicht diffuses Licht zu einem vorbestimmten Strahlmuster beizutragen.

7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, worin durch die zweite planare Oberfläche umdirigiertes Licht schließlich durch eine linsenartige Anordnung auf der Linse verläuft, um difuses Licht zu dem vorbestimmten Strahlmuster beizutragen.

8. Beleuchtungssystem zum Übertragen von Licht, das von einer Lichtquelle emittiert wird, zu einer entfernten Stelle, wobei das System umfaßt:
einen Lichtleiter zur Aufnahme von Licht von einer dazu gehörigen Lichtquelle und zum Verteilen des Lichtes zu einem Ausgangsende davon, wobei das Ausgangsende des Lichtleiters sich von einer ersten vorbestimmten Querschnittsabmessung zu einer verringerten zweiten Querschnittsabmessung des Lichtlei ters verjüngt, um den Winkel des daraus austretenden Lichtes zu vergrößern;
eine Spiegeloberfläche zur Aufnahme von Licht, das vom Ausgangsende des Lichtleiters verteilt ist und zum Umdirigieren des Lichtes;
eine gekrümmte reflektierende Oberfläche, die das umdiri gierte Licht von der Spiegeloberfläche empfängt und das Licht weiter zu einer erwünschten Stelle dirigiert;
wobei die Spiegeloberfläche mindestens erste, zweite und dritte planare Oberflächen einschließt, die im Winkel mit Bezug aufeinander angeordnet sind, um Licht zu verschiedenen Ab schnitten der gekrümmten reflektierenden Oberfläche umzuleiten.

9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, worin die gekrümmte reflektierende Oberfläche eine asymmetrische Oberfläche ist und das Ausgangsende des Lichtleiters näher dem einen Rand der re flektierenden Oberfläche als dem anderen liegt, um die Größe der durch verschiedene Seiten der reflektierenden Oberfläche erzeugten Bilder im wesentlichen anzugleichen.

10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, weiter umfassend eine Linse, die mit Bezug auf die reflektierende Oberfläche angeordnet ist, um von dort dirigiertes Licht zu empfangen und wobei die Spiegeloberfläche eine erste und zweite planare Ober fläche einschließt, die im Winkel zueinander angeordnet sind, wobei durch die erste planare Oberfläche umdirigiertes Licht schließlich durch einen im wesentlichen klaren Abschnitt der Linse verläuft, um nicht diffuses Licht zu einem vorbestimmten Strahlmuster beizutragen.

11. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, worin durch die zweite planare Oberfläche umdirigiertes Licht schließlich durch eine linsenartige Anordnung auf der Linse verläuft, um difuses Licht zu dem vorbestimmten Strahlmuster beizutragen.

12. Beleuchtungssystem zum Übertragen von Licht, das durch eine Lichtquelle emittiert wird, zu einer entfernten Stelle, wobei das Beleuchtungssystem umfaßt:
einen Lichtleiter mit einem Eingangsende, das Licht von der Lichtquelle empfängt und mit einem Ausgangsende, das all gemein entlang einer Längsachse gerichtet ist, aus der das Licht den Lichtleiter verläßt;
eine gekrümmte reflektierende Oberfläche, das den Licht leiter in einem Bereich aufnimmt, der gegenüber einer Mittel achse versetzt ist;
eine multiplanare Spiegeloberfläche, die benachbart dem Ausgangsende des Lichtleiters angeordnet ist, um Licht davon aufzunehmen und es zur reflektierenden Oberfläche zu richten, wobei ein Scheitel der Spiegeloberfläche gegenüber der Längs achse des Ausgangsendes des Lichtleiters versetzt ist, um die Bildgrößen, die durch das von der asymmetrischen reflektieren den Oberfläche dirigierte Licht gebildet werden, anzugleichen.

13. Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, worin die multi planare Spiegeloberfläche erste, zweite und dritte planare Oberfläche einschließt.