DE60106166T2

DE60106166T2 - Beleuchtungsanordnung mit Kantenbeleuchtung

Info

Publication number: DE60106166T2
Application number: DE60106166T
Authority: DE
Inventors: James D. Tarne; Edwin M. Sayers
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-14
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: EP1184619B1; EP1184619A3; DE60106166D1; US6443582B1; EP1184619A2

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf einen effizienten Weg und eine Vorrichtung um an den Kanten einer Linse eingebrachtes Licht parallel zu richten und zu verteilen. Eine aus einer Anzahl nützlicher Anwendungen liegt in der Erzeugung von Lichtsignalen für Automobile.
Hintergrund der Erfindung
Lampen von dem für Signallichter verwendeten Typ bestehen typischerweise aus einer Lichtquelle, wie etwa einer Glühbirne, einer Linse, und einem Reflektor oder einer parallel richtenden Oberfläche, um das Licht in Richtung auf die Linse zu lenken. In manchen Lampen werden an Stelle von Glühbirnen Licht emittierende Dioden (LED's) verwendet. LED's emittieren Licht im Verhältnis zu dem Durchlaßstrom durch die Diode. LED's sind Niederspannungs-Vorrichtungen, die eine längere Lebensdauer besitzen als Glühlampen. Sie reagieren schnell auf Änderungen im Strom. Sie erzeugen ein Lichtspektrum, das wohldefiniert und begrenzt ist.
Die Lichtquellen sind typischerweise wenige und nahe der Mitte des Reflektors oder der Linse positioniert. Die europäische Patentanmeldung EP 0 933 587 legt einen riegelförmigen Lichtleiter offen, der eine Lichtquelle an jeder Kante des Leiters aufweist. Es wäre wünschenswert eine Lampe bereitzustellen, die mehrere Lichtquellen an den Kanten der Lampenlinse besitzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die obigen Gegenstände der Erfindung, ebenso wie andere, nicht speziell aufgezählte Gegenstände werden durch eine Lampe zur Ausstrahlung von Licht erzielt, die umfaßt: eine Lichtquelle; und eine Linse, die eine Achse aufweist, wobei die Linse umfaßt: eine Licht-Eintrittsfläche, um Licht von der Lichtquelle in Form eines linseninternen Strahls in die Linse hinein einzubringen, wobei die Licht-Eintrittsfläche sich an der auswärts gerichteten Kante der Linse befindet; eine axial nach außen gerichtete Licht-Austrittsfläche; und eine Linsen-Rückenfläche, welche sich von dieser axial nach außen gerichteten Licht-Austrittsfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Linse befindet; dadurch gekennzeichnet, daß die Linse mehr als zwei Speichen umfaßt, welche sich radial von einem gemeinsamen Mittelpunkt auf dieser Achse erstrecken; wobei diese Speichen reflektierende, abgestufte, durch verbindende Außenflächen in Abstand angeordnete Stirnflächen besitzen, und wobei diese abgestuften Stirnflächen diese Linsen-Rückenfläche aufbauen; worin die reflektierenden, abgestuften Stirnflächen in einem Winkel zu der Linsenachse angeordnet sind, um den linseninternen Strahl aufzufangen und einen reflektierten Strahl durch die axial nach außen weisende Licht-Austrittsfläche zu reflektieren.
Verschiedene Gegenstände und Vorteile dieser Erfindung werden den Fachleuten aus der folgenden, genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform offensichtlich werden, wenn sie angesichts der beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Planansicht einer kantenbeleuchteten Lampe gemäß der Erfindung.
2 ist eine genauere Planansicht einer LED und des auswärts weisenden Endes einer Speiche.
3 ist eine Querschnittsansicht von 2, aufgenommen entlang von Linie 3-3.
4 ist eine Planansicht einer alternativen Ausführungsform der Linse der Lampe von 1.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Wie in 1–3 gezeigt, schließt eine Lampe 10 eine Linse 13 zur Ausstrahlung von Licht ein. Die Linse 13 ist vorzugsweise kreisförmig, kann aber von der Kreisform verschieden sein. Nach außen von der Linse 13 befindet sich eine Reihe von Lichtquellen, wie etwa LED's 16. Die LED's 16 schließen einen Körper 25 ein, welcher eine LED-Linse 28 trägt. Die LED-Linsenoberfläche ist vorzugsweise hyperbolisch, und besitzt folglich einen Scheitelpunkt 31. Die LED's 16 sind an ein Substrat 19 angeschlossen, welches den LED's 16 einen elektrischen Anschluß an den Netzstrom bereitstellt. Ein Deckring 22 schließt an das Substrat 19 an und umgibt es. Der Deckring 22 ist vorzugsweise kreisförmig, kann aber von jeder geeigneten Gestalt sein, um die LED's 16 bezüglich des Substrats 19 und der Linse 13 zu positionieren. Der Deckring 22 schließt die Lampe 10 an einen Gegenstand wie etwa ein Automobil (nicht gezeigt) an.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Linse 13 schließt zwölf sich radial erstreckende Speichen 34 ein, obwohl jede Anzahl von Speichen 34 benutzt werden kann. Zu Zwecken der Klarheit zeigt 1 nur drei Speichen 34. An der radial auswärts liegenden Kante der Speichen 34 befindet sich eine Licht-Eintrittsfläche 37.
Radial innerhalb der Licht-Eintrittsfläche 37 jeder Speiche 34 befindet sich eine Linsen-Rückenfläche 42. Die Linsen-Rückenfläche 42 schließt eine Reihe reflektierender, abgestufter Stirnflächen 43 ein, die durch eine Reihe von verbindenden Außenflächen 46 in Abstand zueinander angeordnet sind. Die radiale Länge der verbindenden Außenflächen 46 kann variieren. Die reflektierenden, abgestuften Stirnflächen 43 und verbindenden Außenflächen 46 sind vorzugsweise Trapezoide, können aber von jeder geeigneten Gestalt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Speichen 34 schließt sieben reflektierende, abgestufte Stirnflächen 43 und sechs verbindende Außenflächen 46 ein. Die reflektierenden, abgestuften Außenflächen 43 bilden einen Winkel 47 mit der Linsenachse „A", der – wie in 3 gezeigt – bevorzugt innerhalb des Bereichs von ungefähr 10 Grad bis ungefähr 60 Grad liegt, stärker bevorzugt ungefähr 30 Grad.
Die Speichen 34 laufen nach innen in Richtung auf die Mitte der Linse 13 radial zusammen. Zur Mitte der Linse hin sind die reflektierenden, abgestuften Stirnseiten zusammengeführt, um einen konzentrischen, reflektierenden Ring 49 zu bilden. Die Anzahl an konzentrischen, reflektierenden Ringen 49 wird mit der Anzahl und Konfiguration der Speichen 34 variieren. In einer ähnlichen Art und Weise sind in der Mitte der Linse 13 die verbindenden Außenflächen 46 zusammengeführt, um einen konzentrischen Verbindungsring 52 zu bilden. Die Gegenwart von konzentrischen Verbindungsringen 52 ist optimal, und wenn er vorliegt, wird die Anzahl von Verbindungsringen mit der Anzahl und Konfiguration der Speichen 34 variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform laufen die Speichen 34 zu einem oder mehreren konzentrischen, reflektierenden Ringen 49 zusammen, die durch einen oder mehrere konzentrische Verbindungsringe 52 in Abstand zueinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Konus 55 in der Mitte der Linse 13 gebildet.
Die Speichen 34 besitzen jede auch zwei Seitenflächen 44. Die Seitenflächen 44 sind bevorzugt annähernd linear, können aber gebogen sein oder jegliche andere geeignete Kontur besitzen. Die Seitenflächen 44 für jegliche zwei benachbarten Speichen 34 begrenzen eine bevorzugt senkrechte Ebene 45, die sich dazwischen erstreckt. Die Ebene 45 ist vorzugsweise keilförmig, und bildet einen eingeschlossenen Winkel im Bereich von ungefähr 5 Grad bis ungefähr 45 Grad. Es sollte klar sein, daß der eingeschlossene Winkel in der Gradzahl abnehmen wird, wenn die Anzahl an Speichen 34 in der Linse 13 ansteigt.
Die Licht-Eintrittsfläche 37 für die Speichen 34 ist bevorzugt hyperbolisch, und weist folglich einen Scheitelpunkt 40 auf, wie es in 2 gezeigt ist. Der Scheitelpunkt 40 der Speichen 34 ist radial nach innen zu dem Scheitelpunkt 31 der Linse 28 positioniert. Vorzugsweise berührt der Scheitelpunkt 40 der Speichen 34 den Scheitelpunkt 31 der LED-Linse 28. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Speichen 34 eine zugeordnete LED 16 auf. Der Begriff „zugeordnet" bedeutet, daß das Licht von einer einzelnen LED 16 in eine einzelne Speiche 34 projiziert wird, was eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen jeder LED 16 und jeder Speiche 34 bereitstellt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, liegt in die Speiche 34 eintretendes Licht in der Form eines linseninternen Strahls 48 vor, der sich radial nach innen bewegt. Ein Teil des linseninternen Strahls 48 trifft die erste reflektierende, abgestufte Stirnfläche 43 und wird als reflektierter Strahl 50 von der axial nach außen liegenden Licht-Austrittsfläche 51, welche sich von der Linsen-Rückenfläche 42 aus auf der gegenüberliegenden Seite der Linse 13 befindet, aus der Speiche 34 heraus reflektiert. Die axial nach außen liegende Licht-Austrittsfläche 51 kann flach oder gekrümmt sein, oder jegliche andere geeignete Kontur aufweisen. Die Kontur der axial nach außen liegenden Licht-Austrittsfläche 51 zu variieren kann die Verteilung des reflektierten Strahls 50 entlang unterschiedlicher Orte der axial nach außen liegenden Licht-Austrittsfläche 51 variieren.
Die Verteilung des reflektierten Strahls 50 entlang unterschiedlicher Orte der axial nach außen liegenden Licht-Austrittsfläche 51 kann außerdem modifiziert werden, indem man die Länge der reflektierenden, abgestuften Stirnflächen 43 und den Winkel 47 der Stirnflächen 43 ändert. Es sollte klar sein, daß die in der Linse 13 benutzten Längen der verbindenden Außenflächen 46 und der reflektierenden, abgestuften Stirnflächen 43 variieren können. Die verbindenden Außenflächen 46 sind entlang der Linsenachse „A" durch eine Stufenhöhe „X", wie in 3 gezeigt, mit Abstand zueinander angeordnet. Bei jedem gegebenen Winkel 47 wird die Stufenhöhe „X" ansteigen, während die Länge der reflektierenden, abgestuften Stirnfläche ansteigt. Es sollte klar sein, daß in der Linse 13 reflektierende, abgestufte Stirnflächen 43 unterschiedlicher Längen verwendet werden können. Reflektierende, abgestufte Stirnflächen 43 unterschiedlicher Längen zu verwenden, erlaubt es reflektierten Strahlen 50 in der Intensität an unterschiedlichen Orten entlang der axial nach außen liegenden Licht-Austrittsfläche 51 radial vom Umfang der Linse 13 zur Mitte der Linse 13 zu variieren.
Die Linse 13 kann außerdem reflektierende, abgestufte Stirnflächen 43 einschließen, die mit einer Anzahl unterschiedlicher Winkel 47 ausgerichtet sind. Winkel 47 mit unterschiedlichen Werten zu benutzen, erlaubt es reflektierten Strahlen 50 in der Intensität an unterschiedlichen Orten entlang der axial nach außen liegenden Licht-Austrittsflächen 51 zu variieren. Bei jeder gegebenen Länge der reflektierenden, abgestuften Stirnflächen 43 wird die Stufenhöhe „X" ansteigen, während der Winkel 47 abnimmt. Im Betrieb fangen die reflektierenden, abgestuften Stirnflächen 43 den linseninternen Strahl 48 auf und reflektieren den reflektierten Strahl 50 durch die axial nach außen liegende Licht-Austrittsfläche 51.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine Linse 58 einen umlaufenden Kragen 61 einschließt, der für die strukturelle Integrität bereitgestellt wird. Zu Zwecken der Klarheit sind nur drei Speichen 34 gezeigt. Die Speichen 34 schließen die reflektierenden, abgestuften Stirnflächen 43, die verbindenden Seitenflächen 46, und die Seitenflächen 44 ähnlich den in 1 gezeigten ein. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die radial nach außen weisende Fläche 60 des umlaufenden Kragens einen oder mehrere radial nach außen weisende, hyperbolische Knoten 62 ein, die jeder einen Scheitelpunkt 63 aufweisen. Die hyperbolischen Knoten 62 sind Licht-Eintrittsflächen, ähnlich den in 1 gezeigten Licht-Eintrittsflächen 37. Radial außerhalb der Linse 58 befindet sich eine Reihe von Lichtquellen, wie etwa LED's 16. In einer bevorzugten Ausführungsform kontaktieren die Scheitelpunkte 63 der hyperbolischen Knoten 62 die Scheitelpunkte 31 der Linsen der LED's 16.
Die Linse der Erfindung wird bevorzugt aus einem optisch klaren Medium hergestellt. Wenn man die Linse herstellt, kann ein Material, das optisch klar sein wird, wenn es ausgehärtet ist, in eine Form hinein eingespritzt und das Durchhärten erlaubt werden. Es kann auch ein mehrstufiges Thermosetformgebungs-Herstellverfahren benutzt werden, in dem ein Epoxyharz in einer Form gehärtet wird, um einen optisch klaren Festkörper zu bilden. Wenn man das mehrstufige Thermoset-Herstellverfahren verwendet, muß das Epoxyharz sehr gut gemischt und stabilisiert werden. Darin zu scheitern kann in milchigen und optisch ungleichmäßigen Linsen und optisch weniger effizienten Linsen resultieren.
Einspritz-Preßformung ist noch eine andere Weise, in der die Linse der Erfindung hergestellt werden kann. Bei Verwendung dieser Technik wird eine Flüssigkeit in eine offene Form hinein eingespritzt. Wird die Form geschlossen, so verdichtet der Teil der Formabdeckung das Material darin und vervollständigt die Form. Das Einspritz-Preßformungsverfahren zu verwenden erlaubt bessere Abkühlung im Herstellprozeß und erzeugt weniger Belastung für die Linse.
Die Linse der Erfindung kann aus klarem Polyurethan hergestellt werden, was ungleichmäßige Abkühlung, Schrumpfung, einsinkende oder narbige Oberflächen verhindert. Die Linse der Erfindung kann auch aus optisch klarem Glas oder jeder anderen optisch klaren Substanz gefertigt werden.
Prinzip und Betriebsmodus dieser Erfindung wurden in ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß diese Erfindung anders als speziell veranschaulicht und beschrieben praktiziert werden kann, ohne vom Rahmen der angefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Eine Lampe (10) zur Ausstrahlung von Licht, die umfaßt: eine Lichtquelle (16); und eine Linse (13, 58), die eine Achse (A) aufweist, wobei die Linse (13, 58) umfaßt: eine Licht-Eintrittsfläche (37, 68), um Licht von der Lichtquelle (16) in Form eines linseninternen Strahls (48) in die Linse (13, 58) hinein einzubringen, wobei die Licht-Eintrittsfläche (37, 68) sich an der auswärts gerichteten Kante der Linse (13, 58) befindet; eine axial nach außen gerichtete Licht-Austrittsfläche (51); und eine Linsen-Rückenfläche (42), welche sich von dieser axial nach außen gerichteten Licht-Austrittsfläche (51) auf der gegenüberliegenden Seite der Linse (13, 58) befindet; dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (13, 58) mehr als zwei Speichen (34) umfaßt, welche sich radial von einem gemeinsamen Mittelpunkt auf dieser Achse (A) erstrecken; wobei diese Speichen (34) reflektierende, abgestufte, durch verbindende Außenflächen (46) in Abstand angeordnete abgestufte Stirnflächen (43) besitzen, und wobei diese abgestuften Stirnflächen (43) diese Linsen-Rückenfläche (42) aufbauen; worin die reflektierenden, abgestuften Stirnflächen (43) in einem Winkel (47) zu der Linsenachse (A) angeordnet sind, um den linseninternen Strahl (48) aufzufangen und einen reflektierten Strahl (50) durch die axial nach außen weisende Licht-Austrittsfläche (51) zu reflektieren.
Eine Lampe (10) gemäß Anspruch 1, die weiterhin ungefähr keilförmige Ebenen (45) zwischen Speichen (34) in der Linse (13, 58) umfaßt.
Eine Lampe (10) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, in der die Speichen (34) ungefähr lineare Seitenflächen (44) aufweisen.
Eine Lampe (10) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, in der die Speichen (34) gekrümmte Seitenflächen (44) aufweisen.
Eine Lampe (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher der Winkel (47) zwischen der Linsenachse (A) und die reflektierenden, abgestuften Stirnflächen (43) innerhalb des Bereichs von ungefähr 10 Grad bis ungefähr 60 Grad liegt.
Eine Lampe (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem angrenzende, verbindende Seitenflächen (46) durch Stufenhöhen (X) axial mit Abstand zueinander angeordnet sind, und worin die Stufenhöhen (X) zwischen manchen angrenzenden Paaren von verbindenden Seitenflächen (46) von den Stufenhöhen (X) anderer angrenzender Paare von verbindenden Seitenflächen (46) abweichen.
Eine Lampe (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in der die axial nach außen weisende Licht-Austrittsfläche (51) gekrümmt ist.
Eine Lampe (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in dem die Länge der verbindenden Seitenflächen (46) radial von dem Umfang der Linse zur Mitte der Linse (13, 58) abweicht.