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DE19756596A1 - Lichtverteiler zum Leiten des Lichts einer Lichtquelle und Lampenanordnung zum Einsatz in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Lichtverteiler zum Leiten des Lichts einer Lichtquelle und Lampenanordnung zum Einsatz in Kraftfahrzeugen

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Publication number
DE19756596A1
DE19756596A1 DE19756596A DE19756596A DE19756596A1 DE 19756596 A1 DE19756596 A1 DE 19756596A1 DE 19756596 A DE19756596 A DE 19756596A DE 19756596 A DE19756596 A DE 19756596A DE 19756596 A1 DE19756596 A1 DE 19756596A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
optical
reflection
lamp arrangement
plate
Prior art date
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Granted
Application number
DE19756596A
Other languages
English (en)
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DE19756596B4 (de
Inventor
Timothy Fohl
Michael Anthony Marinelli
Jeffrey Thomas Remillard
David Allen O'neil
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of DE19756596A1 publication Critical patent/DE19756596A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19756596B4 publication Critical patent/DE19756596B4/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B60Q1/00—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/0011—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor with light guides for distributing the light between several lighting or signalling devices
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  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtverteiler für das Licht einer Lichtquelle und eine Lampenanordnung zum Einsatz in Kraftfahrzeugen. Sie bezieht sich also auf Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen und insbesondere eine laserbe­ leuchtete, einheitliche Dünnschichtoptik-Kraftfahrzeugbeleuchtungs-Einrichtung mit einem optischen Diffraktionselement.
Konventionelle Lichtleiteinrichtungen, die für Kraftfahrzeugfront- oder Heckbe­ leuchtung eingesetzt wurden, verwenden typischerweise eine Glühbir­ nen/Reflektoreinrichtung. Bei einer Glühbirnen/Reflektoreinrichtung ist der Glühfaden der Birne an oder in der Nähe des Brennpunktes des parabolischen Reflektors angeordnet. Das durch den Lampenglühfaden emittierte Licht wird durch den Reflektor gesammelt und nach außen unter Bildung eines Licht­ strahls reflektiert. Eine Linse wird eingesetzt, um den Lichtstrahl zu einem vor­ herbestimmten Muster zu formen, um die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorschrif­ ten zu erfüllen. Typischerweise sammelt bei der Anwendung für Kraftfahrzeuge eine konventionelle Glühbirnen/Reflektoreinrichtung und reflektiert lediglich 30% des vom Lampenglühfaden emittierten Lichtes in die nutzbare Lichtzone.
Glühbirnen/Reflektoreinrichtungen haben verschiedene Nachteile, einge­ schlossen Aerodynamik und ästhetisches Styling; nämlich die Tiefe des Reflek­ tors entlang dessen Brennachse und die Höhe des Reflektors in Richtungen senkrecht zur Brennachse grenzen Versuche, die Kraftfahrzeugkonturen strö­ mungsgünstig auszubilden. Ferner muß die thermische Energie, die durch die Glühbirne während ihres Betriebs abgegeben wird, berücksichtigt werden und die Größe des Reflektors als auch das zu seiner Konstruktion eingesetzte Ma­ terial hängen von der Menge der durch den Lampenglühfaden produzierten thermischen Energie ab. Die Verringerung der Größe des Reflektors bedingt den Einsatz von Materialien mit hoher thermischer Widerstandsfähigkeit für den Reflektor.
Ein Versuch, eine Automobilbeleuchtungseinrichtung zum Einsatz mit den neueren stromlinienförmigen Karosseriedesigns zu schaffen, ist im US-Patent Nr. 5.434.754 beschrieben, das an den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, das eine Kombination eines faseroptischer Lichtwellenlei­ ters, der Licht von einer entfernten Lichtquelle durch einen Lichtverteiler und zu einem Reflektor übermittelt, offenbart. Es bestehen mehrere Probleme, die bei diesem Versuch auftreten. Zuerst ist die entfernte Beleuchtung zur Zeit typi­ scherweise eine Entladungslichtquelle hohe Intensität, die mit einem Reflektor gekoppelt ist. Das Licht wird auf einen Lichtleiter großen Durchmessers ge­ sammelt, der das Licht zu dem erwünschten Ort leitet. Die Entladungslicht­ quelle hoher Intensität produziert eine beträchtliche Menge Wärme, die den Lichtwellenleiter beschädigen kann. Umwelteinflüsse haben einen weiteren schädigenden Effekt auf die konventionell eingesetzten Lichtwellenleiter. Typi­ scherweise muß ein Lichtwellenleiter 8-12 mm dick sein, um die benötigte Menge Licht von der Quelle aufzunehmen. Diese Lichtwellenleiter sind sehr teuer und es ist schwierig, mit diesen zu arbeiten. Ferner benötigt diese Struk­ tur den Zusammenbau einer Linse, eines multifacettierten Reflektors und einen Verteilerabschnitt, um die Kraftfahrzeugheckleuchte zu bilden. Der Verteilerab­ schnitt muß gegenüber dem Reflektorabschnitt geneigt sein. Es ist notwendig, daß der Verteiler das ankommende Licht zur Verteilung über die Lampenober­ fläche aufweitet. Dies führt dazu, daß ein beträchtlicher Abschnitt unbeleuchte­ ter Fläche für den Verteiler benötigt wird und demzufolge ein größerer Fußab­ druck der gesamten Lampe, was zu einer Beleuchtungsdesigninflexibilität führt.
Ein laserbeleuchtetes optisches Beleuchtungselement mit einem optischen Dünnschichtelement, wie in einer parallelen Anmeldung mit dem Titel "Laser Illuminated Lighting System" beschrieben, die auf den Inhaber der vorlie­ genden Erfindung übertragen wurde, hat mehrere Nachteile bei den konventio­ nellen Kraftfahrzeugbeleuchtungen angesprochen.
Es bleiben aber immer noch Probleme, wobei eines der Probleme in der gro­ ßen unbeleuchteten Fläche besteht, die für den Verteilerabschnitt benötigt wird. Falls Laserlicht eingesetzt wird, variiert das übermittelte Licht in seiner In­ tensität von dem Zentrum bis zum Umfangsbereich des Querschnitts des Lichtstrahls. Die Intensitätsvariation muß berücksichtigt werden, wenn der Verteilerabschnitt entwickelt wird, um heiße Beleuchtungsflächen über die Lampenoberfläche zu vermeiden, wodurch zusätzliche Auslegungskosten für die Beleuchtungsanordnung entstehen.
Demzufolge ist es erwünscht, eine einheitliche Heckleuchtendünnschichtopti­ kanordnung für Laserbeleuchtung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die Herstel­ lungs- und thermische Überlegungen als auch die räumlichen Einschränkun­ gen, die durch die aerodynamischen und Stylinganforderungen von Kraftfahr­ zeugen vorgeschrieben werden, berücksichtigt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Lichtverteiler mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Lampenanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 11 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also eine Heckleuchtenanordnung geschaffen, die eine entfernte Laserlichtquelle, einen Lichtwellenleiter, der mit der entfernten Laser­ lichtquelle verbunden ist, um Licht zu leiten, und ein einheitliches optisches Element, das Licht vom Lichtwellenleiter empfängt, umfaßt. Das einheitliche optische Element besitzt ein Plättchen optischen Materials, auf dem mehrere Reflexionsfacetten angeordnet sind, sowie ein optischen Diffraktionselement, das auf der Kante des einheitlichen optischen Elementes angeordnet ist, um Licht in eine vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen gleicher Intensität auf­ zuteilen. Ein einzelner Lichtstrahl ist auf eine vorherbestimmte Reflexionsfa­ cette gerichtet. Neben dem Plättchen optischen Materials ist ein Lichtausfallab­ schnitt mit mehreren Reflexionsstufen angeordnet, die sich über eine Länge des einheitlichen optischen Elements erstrecken, wobei jede von diesen mit den Reflexionsfacetten ausgerichtet und zur Frontoberfläche geneigt sind.
Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Verwendung des optischen Diffraktions­ elementes. Als Resultat des optischen Diffraktionselementes werden Licht­ strahlen gleicher Intensität auf den Verteilerabschnitt geleitet.
Dies eliminiert die Notwendigkeit, die Auslegung des Verteilers zu ändern, um die variierenden Lichtintensitätsverteilungen zu kompensieren, die bei der Verwendung von Laserlicht auftreten. Dies eliminiert auch die heißen Flecken auf der Lampenoberfläche durch Beleuchtung bei vorhergehenden Anordnun­ gen. Die Verwendung des optischen Diffraktionselementes reduziert auch den Gesamt-Footprint des optischen Dünnschichtelements, da ein Parabolreflektor nicht notwendig ist, um das Licht zu handhaben und zu expandieren.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht zusätzlich zur Reduktion der Ge­ samtbaugröße der Heckleuchte in der Leichtigkeit des Zusammenbaus und der Anordnung. Die erfindungsgemäßen faseroptischen Lichtwellenleiter sind etwa 1 mm im Durchmesser und machen daher den Einbau der Heckleuchtenanord­ nung in das Kraftfahrzeug sehr viel einfacher. Die erfindungsgemäßen faser­ optischen Lichtwellenleiter sind auch preiswerter als die in der Vergangenheit verwendeten Lichtwellenleiter. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit entfernter Lichtquelle mit einem integralen Verteiler- und Lichtausfallab­ schnitt benötigt keine zusätzlichen Schritte beim Einbau der Heckleuchtenkom­ ponenten oder ein zueinander Anordnen der Verteiler- und Lichtausfallab­ schnitte.
Ein besonderer Vorteil einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einfachheit der Herstellung. Die Verteiler- und Ausfallabschnitte des opti­ schen Dünnschichtelementes werden einstückig als Resultat der Tatsache produziert, daß sie in einem einzigen Spritzgußverfahren hergestellt werden. Ferner kann eine Beleuchtungseinrichtung mit niedrigem Profil und hoher Effi­ zienz entwickelt werden, die einem Kraftfahrzeugdesigner eine größere Freiheit hinsichtlich des aerodynamischen und ästhetischen Stylings erlaubt.
Ferner ist der Laser und jegliche dazugehörige thermische Energie an einer entfernten Lichtquelle angeordnet. Lediglich Laserlicht wird zum optischen Dünnschichtelement übermittelt. Jegliche Designeinschränkungen, die durch thermische Überlegungen oder Gefahren auftraten, sind also eliminiert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung detaillierter erläutert, auf die sie aber keinesfalls beschränkt ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit einer entfernten Kraftfahrzeugbeleuchtungsanordnung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines optisches Dünnschichtelements, das mit einem optischen Diffraktionselement gekoppelt ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein optisches Dünnschichtelement, das mit einem optischen Diffraktionselement gekoppelt ist;
Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht des Lichtausfallabschnitts des optischen Dünnschichtelementes der Fig. 2 entlang der Linie 4-4 und
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht des Lichtwellenleiters der Fig. 2 entlang der Linie 5-5.
In der Zeichnung, und insbesondere in den Fig. 1, 2 und 3 derselben ist ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, das eine entfernte Beleuchtungsanordnung besitzt, das in dieser Kombination eine entfernte Laserlichtquelle 12, einen faseropti­ scher Lichtwellenleiter 14, der mit der entfernten Laserlichtquelle 12 mit seinem ersten Ende 14 in konventioneller Weise, verbunden ist, und ein optisches Dünnschichtelement 16 neben dem zweiten Ende 36 des Lichtwellenleiters aufweist. Das optische Dünnschichtelement 16 nach der Erfindung wird hier als Kraftfahrzeugheckleuchte dargestellt, dem Fachmann auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugbeleuchtungen ist aber ersichtlich, daß das optische Dünnschicht­ element als Frontleuchte konfiguriert sein kann oder auch für andere Kraft­ fahrzeugbeleuchtungsanwendungen. Demzufolge dient die nachfolgend be­ schriebene Konfiguration lediglich zur Illustration und nicht zur Einschränkung der Erfindung.
Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht ein laserbeleuchtetes optisches Dünnschicht­ element 16 aus einem optischen Diffraktionselement 18, das Licht vom Lichtwellenleiter 14 empfängt, einem Verteilerabschnitt 20, der das ankom­ mende Laserlicht aufweitet und einem Lichtausfallabschnitt 22, der Licht nor­ mal auf die Frontoberfläche 28 leitet, wie in Fig. 4 gezeigt, wie es sich für die spezifische Anordnung eignet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine entfernte Laserlichtquelle 12 in einem Kraftfahr­ zeug 10 angeordnet, wobei die Kraftfahrzeugdesignerfordernisse und die Her­ stellungsvereinfachung hinsichtlich spezieller Beleuchtungszwecke berück­ sichtigt werden. Eine mögliche Anordnung für die entfernte Laserlichtquelle ist der Motorraum (nicht gezeigt). Bevorzugt wird ein einzelner Diodenlaser einge­ setzt, um Licht für das optische Dünnschichtelement 16 des Kraftfahrzeuges 10 zu liefern. Die Laserlichtquelle kann direkt neben dem optischen Dünnschicht­ element 16 angeordnet sein. Hier wird aber nun Licht von der entfernten Laser­ lichtquelle 12 über einen faseroptischen Lichtwellenleiter 14 zum optischen Dünnschichtelement 16 geleitet. Diodenlaser haben viele Vorteile gegenüber konventionellen entfernten Lichtquellen, wie Halogenleuchten, lichtemittieren­ den Dioden und Bogenlampen. Insbesondere besitzt der Diodenlaser eine Leuchtstärke, die um viele Größenordnungen größer als die konventioneller Lichtquellen ist. Beispielsweise können Lichtquellen wie Halogenlampen und lichtemittierenden Dioden Leuchtstärken von 15-200 Candela pro Quadratmil­ limeter besitzen gegenüber einem Laser, der typischerweise eine Leuchtstärke von 200.000 cd/mm2 liefert. Laser sind ferner wirksamer in der Umwandlung von Energie in Licht erwünschter Wellenlänge. Beispielsweise kann eine Glühlampe nur etwa 1,5% der ankommenden Energie in rotes Licht umwan­ deln. Typische Laserdioden emittieren im 635-670 nm Bandbereich und besitzen eine Umwandlungseffizienz von etwa 15%. Aufgrund der Tatsache, daß Laserdioden keine hohen Temperaturen benötigen, um Licht zu produzieren, haben diese eine signifikant längere Lebenszeit als die thermischen Strahler.
Bevorzugt wird ein optischer Lichtwellenleiter 14 eingesetzt, um Licht von der entfernten Laserlichtquelle 12 zu übermitteln. Aufgrund der hohen Beleuch­ tungsstärke (Candela pro Einheitsfläche) des Laser werden bevorzugt Glasfa­ sern geringen Durchmessers (0,1-1,0 mm) zur Übermittlung des Lichtes einge­ setzt. Die Verwendung von Glasfasern geringen Durchmessers schafft mehrere Vorteile gegenüber den monofilamentösen Kunststoffrohren und Glasfaserbün­ deln, die in Beleuchtungseinrichtungen mit entfernter Lichtquelle, die nicht auf Laser basierten, eingesetzt wurden. Kleine Glasfasern benötigen weniger Raum als Kunststoffrohre oder Glasfaserbündel, die typischerweise 10-12 mm Durchmesser haben. Glasfasern geringen Durchmessers sind signifikant gün­ stiger als monofilamentöse Kunststoffrohre oder Glasfaserbündel. Kunststofflichtwellenleitrohre neigen dazu, sich zu zersetzen und zu vergilben, falls sie Wärme ausgesetzt werden und insbesondere der Wärme konventioneller Lichtquellen hoher Intensität für entfernte Beleuchtung. Ferner können dünne Glasfasern leichter verpackt, gehandhabt und installiert werden, als Kunststoffrohre oder Glasfaserbündel und wiegen weniger. Schließlich resultiert die direktionale Natur des Lasers und die geringe Fläche der emittierenden Apertur (etwa 1×250 µm2) in einer Ankopplungseffizienz von mehr als 85%, in eine Faser mit 1 mm Durchmesser. Eine derartige Effizienz kann mit konventionellen Lichtquellen beim Einsatz von Kunststoffrohren oder Glasfaserbündeln nur schwierig erreicht werden.
In Fig. 2 und 5 besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung das einheitliche optische Dünnschichtelement 16 aus dem optischen Diffraktionselementabschnitt 18, einem Verteilerabschnitt 20 und einem Licht­ ausfallabschnitt 22. Das einheitliche optische Dünnschichtelement 16 ist be­ vorzugt ein Polymerplättchen mit einer Dicke von 10 µm bis 6 mm. Das opti­ sche Dünnschichtelement 16 ist allgemein rechtwinklig, im wesentlichen planar und besitzt eine Frontfläche 28, eine gegenüberliegende Rückfläche 32 allge­ mein parallel zur Frontoberfläche 28 sowie eine Umfangskante 30, die allge­ mein senkrecht zu den Front- und Rückoberflächen 28 und 32 ist. Das optische Dünnschichtelement 16 kann auch ein kurvenartiges Profil entsprechend den speziellen Designerfordernissen haben. Die Frontfläche 28 ist so angeordnet, daß sie Licht vom Lichtausfallabschnitt 22 empfängt. Das optische Dünnschicht­ element 16 ist bevorzugt aus einem transparenten massiven Stück Kunststoff, wie Polycarbonat, hergestellt und verwendet das Prinzip der inneren Totalre­ flexion (TIR) zur Lichtreflexion. TIR wird detaillierter weiter unten beschrieben. Andere transparente Materialien, wie Acryle, können ebenfalls eingesetzt wer­ den.
Die entfernte Laserlichtquelle 12 ist mit einem ersten Ende 34 des faseropti­ scher Lichtwellenleiters 14 über einen (nicht gezeigten) Lichtkoppler verbun­ den, wie im Stand der Technik bekannt. Das zweite Ende 36 des faseropti­ schen Lichtwellenleiters 14 ist neben dem optischen Diffraktionselementab­ schnitt 18 des optischen Dünnschichtelementes 16 angeordnet. Im Einsatz wird Licht von der entfernten Laserlichtquelle 12 emittiert, durch den faseroptischen Lichtwellenleiter 14 über einen Lichtkoppler empfangen, durch den faseropti­ schen Lichtwellenleiter 14 über TIR übermittelt und am zweiten Ende 36 so emittiert, daß es auf den Diffraktionsabschnitt 18 des optischen Dünnschicht­ elementes 16 auftrifft.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den diffraktiven Abschnitt des optischen Ele­ mentes 18 gezeigt. Das Licht wird vom zweiten Ende 36 des faseroptischen Lichtwellenleiters 14 mit einem Aufweitwinkel von etwa 20-50° empfangen. Das Licht betritt das Plättchen über einen Diffraktionsabschnitt des optischen Ele­ mentes 18, der an der Umfangskante 30 des optischen Dünnschichtelementes 16 angeordnet ist. Der Diffraktionsabschnitt des optischen Elementes 18 ist so ausgelegt, daß er das Licht in Lichtstrahlen gleicher Intensität aufteilt, im vor­ liegenden Falle in sechs Strahlen gleicher Intensität. Dies ist aus verschiede­ nen Gründen vorteilhaft. Wie in Fig. 5 gezeigt, zeigt ein Querschnitt des faser­ optischen Lichtwellenleiters 14, wie die Lichtintensität des Lasers vom Zentrum 44, wo sie am größten ist, bis zum Umfang 46, wo sie am schwächsten ist, vari­ iert. Die Lichtintensitätsverteilung kann zu Demonstrationszwecken leicht so beschrieben werden, der Faktor besitzt hierbei eine komplexere Verteilung. Die Aufteilung des Lichts in drei Abschnitte, wie durch das Paar vertikaler Linien in Fig. 5 angedeutet, schafft drei Bereiche unterschiedlicher Lichtintensität. Ein Zentralbereich mit Licht hoher Intensität 48 und zwei Bereiche mit Licht niedri­ gerer Intensität 50. Dies macht die Aufgabe schwieriger für den Designer, da der Verteilerabschnitt 20 und der Lichtausfallabschnitt 22 spezifisch ausgelegt sein müßten, um Beleuchtungszonen unterschiedlicher Intensität zu vermei­ den. Die Herstellung von Strahlen gleicher Lichtintensität 40, die zu jedem Re­ flektor 38 übermittelt werden, eliminiert dieses Problem. Ferner sind, da jeder Reflektor 38 einen Lichtstrahl gleicher Intensität 40 empfängt, der Lichtaufweit- und Sammelmechanismus, der typischerweise im Verteilerabschnitt 20 ange­ ordnet war, nun eliminiert worden. Dies schafft einen kleineren Verteilerab­ schnitt 20, was in einem kleineren Gesamt-Footprint des optischen Dünn­ schichtelementes 16 resultiert. Der Diffraktionsabschnitt 18 des optischen Ele­ mentes, wie er beispielsweise im US-Patent 5.323.302 offenbart ist, kann ein­ stückig mit dem optischen Dünnschichtelement 16 hergestellt oder getrennt an der Umfangskante 30 befestigt werden. Das durch den Diffraktionsabschnitt des optischen Elementes verlaufende Licht wird auf den Verteilerabschnitt 20 gerichtet.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, besteht der Verteilerabschnitt der Vorrich­ tung bevorzugt aus mehreren dreieckigen Öffnungen 24, die mehrere entspre­ chende Reflexionsoberflächen bilden, wobei jede Reflexionsoberfläche 38 dazu dient, das Licht in Richtung des Lichtausfallabschnitts 22 aufzuweiten. Die Öffnungen können verschiedene Formen annehmen und in ihrer Anzahl variieren, abhängig von den speziellen Designanforderungen, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Jede Reflexionsoberfläche 38 empfängt einen entsprechenden Strahl gleicher Lichtintensität 40, der vom op­ tischen Diffraktionselementabschnitt 18 gerichtet ist. Die Reflexionsoberfläche 38 kann linear oder kurvenartig sein, abhängig vom erwünschten Aufweitwinkel des Lichtes. Sechs Lichtstrahlen und entsprechende Öffnungen 24 sind erfin­ dungsgemäß bevorzugt.
Die Reflexionsoberfläche 38, die durch die Öffnungen 24 des Verteilerab­ schnitts 20 gebildet ist, ist eine Kunststoff/Luft-Grenze. Die Reflexionsoberflä­ che 38 empfängt einen Lichtstrahl gleicher Intensität 40 vom Diffraktionsab­ schnitt des optischen Elementes 18. Licht, das auf die Kunststoff/Luft-Grenze auffällt, reflektiert vollständig intern innerhalb des optischen Dünnschichtele­ mentes 16 in Richtung des Lichtausfallabschnitts 22. Innere Totalreflexion von Licht tritt auf, wenn ein Auftreffwinkel Π einen kritischen Winkel ΠC, gegeben durch die Gleichung ΠC=sin-1 (n1/n2) übersteigt, wobei n1 der Refraktionsin­ dex von Luft und n2 der Refraktionsindex von Kunststoff ist. Der Kunst­ stoff/Luftübergang kann, falls notwendig, mit einer Metallschicht versehen wer­ den, um die Lichtstrahlen daran zu hindern, aus dem optischen Dünnschicht­ element 16 auszutreten.
Wie in Fig. 5 gezeigt, besteht der Lichtausfallabschnitt 22 aus einer Serie Stu­ fen 54, die so angeordnet sind, daß sie aus der Reflexionsoberfläche 38 re­ flektiertes Licht empfangen. Jede inkrementale Stufe 54 besitzt eine gewinkelte Oberfläche 42 und eine Rückoberfläche 32. Die Rückoberfläche 32 ist parallel zur Frontoberfläche 28. Die gewinkelte Oberfläche 42 der Stufen 54 ist zur Re­ flexionsoberfläche 38 in einem Winkel angeordnet, um das Licht über innere Totalreflexion durch die Frontoberfläche 28 heraus zu reflektieren. Die gewin­ kelte Oberfläche 42 kann linear oder gekurvt sein, abhängig vom erwünschten Aufweitwinkel des Lichtes. Die gewinkelte Oberfläche 42 kann mit einer Metall­ schicht versehen sein, falls die Lichtstrahlen die Kunststoff/Luft-Grenze mit ei­ nem Winkel unterhalb des kritischen Winkels treffen. Funktional ändern der Diffraktionsabschnitt des optischen Elementes 18 und der Verteilerabschnitt die winkelmäßige und räumliche Verteilung des Lichtes derart, daß das Licht aus der Vorrichtung durch den Lichtausfallabschnitt 22 geleitet wird.
Erfindungsgemäß wurde lediglich eine Ausführungsform einer Heckleuchten­ anordnung gemäß der Erfindung beschrieben. Dem Fachmann auf dem Gebiet der Autobeleuchtung ist offensichtlich, daß auch andere Ausführungsformen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der Patentansprüche abzuweichen.
Bezugszeichenliste
10
Kraftfahrzeug
12
Laserlichtquelle
14
faseroptischer Lichtwellenleiter
16
optisches Dünnschichtelement
18
optisches Diffraktionselement
20
Verteilerabschnitt
22
Lichtausfallabschnitt
24
Öffnung
28
Frontoberfläche
30
Umfangskante senkrecht zu Front- u. Rückoberflächen
28
u.
32
32
Rückoberfläche parallel zur Frontoberfläche
28
von
54
34
erstes Ende des Lichtwellenleiters
14
36
zweites Ende des Lichtwellenleiters
38
Reflektor, Reflexionsoberfläche
40
Strahlen gleicher Lichtintensität
42
gewinkelte Oberfläche von
54
44
Zentrum der Lichtintensität des Lasers
46
Umfang der Lichtintensität des Lasers
48
Zentralbereich des Lichtstrahls hoher Intensität
50
Bereich des Lichtstrahls niedrigerer Intensität
54
Stufe des Lichtausfallabschnitts
22

Claims (20)

1. Lichtverteiler für das Licht einer Lichtquelle (12) für Kraftfahrzeuge, der auf­ weist:
  • - ein Plättchen optischen Materials (16) mit einer Umfangskante (30) und mehreren darin angeordneten Reflexions-Facetten; und
  • - Mittel zum Aufteilen von Licht (20) in eine vorherbestimmte Anzahl Lichtstrah­ len, die auf einer Umfangskante (30) des Plättchens (16) angeordnet sind.
2. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherbe­ stimmte Anzahl Lichtstrahlen (40) gleicher Intensität sind.
3. Lichtverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Teilen des Lichtes in eine vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen (40) glei­ cher Intensität ein optisches Diffraktionselement (18) ist
4. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl Reflexions-Facetten der vorherbestimmten Anzahl von Lichtstrahlen (40) entspricht.
5. Lichtverteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexions-Facetten so angeordnet sind, daß jeweils eine einen Lichtstrahl (40) reflektiert.
6. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen optischen Materials (16) aus transparenten Polymeren ist.
7. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen optischen Materials (16) eine Dicke zwischen 10 µm-6 mm besitzt.
8. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen optischen Materials (16) und die Mittel zum Aufteilen des Lichts in eine vorherbestimmte Anzahl Lichtstrahlen (40) gleicher Intensität struktureinheitlich sind.
9. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexions-Facetten Öffnungen (24) sind, die in dem Plättchen optischen Materials (16) ausgebildet sind, um eine Kunststoff/Luft-Grenze zu schaffen.
10. Lichtverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexions-Facetten eine kurvilineare Reflexionsoberfläche besitzen.
11. Lampenanordnung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, die aufweist:
  • (a) eine Lichtquelle (12) zur Herstellung von Licht; und
  • (b) ein optisches Element neben der Laserlichtquelle (12) zur Aufnahme von Licht aus derselben, das aufweist:
  • (i) ein Plättchen optischen Materials (16) mit einer Frontoberfläche (28) und einer Umfangskante (30) mit mehreren Reflexions-Facetten
  • (ii) Mittel zum Teilen des Lichtes in eine vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen (40), die auf der Umfangskante (30) und neben der Licht­ quelle (12) angeordnet sind, um Lichtstrahlen (40) zu den Reflexions-Facetten zu übermitteln; und
  • (iii) einen Lichtausfallabschnitt (22) neben dem Plättchen optischen Mate­ rials (16) mit mehreren Reflexions-Stufen (54), die sich über eine Länge des einheitlichen optischen Elements erstrecken, wobei jede Reflexions­ stufe (54) mit den mehreren Reflexions-Facetten ausgerichtet und gegen­ über der Frontoberfläche (28) geneigt ist.
12. Lampenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) ein Diodenlaser ist.
13. Lampenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorherbestimmte Anzahl Lichtstrahlen (40) gleicher Intensität sind.
14. Lampenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (16) eine Dicke zwischen 10 µm und 6 mm besitzt.
15. Lampenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (16) struktureinheitlich ist.
16. Lampenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Teilen des Lichts in eine vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen (40) gleicher Intensität ein optisches Diffraktionselement (18) ist.
17. Lampenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das einheitliche optische Element aus einem Polymermaterial besteht.
18. Lampenanordnung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, die aufweist:
  • (a) eine entfernte Lichtquelle (12) zur Herstellung von Licht;
  • (b) einen Lichtwellenleiter (13) zum Leiten des Lichts von der entfernten Licht­ quelle (12) mit einem ersten (34) und zweiten Ende (36), wobei das erste Ende (34) des Lichtwellenleiters (12) mit der entfernten Lichtquelle (12) verbunden ist; und
  • (c) ein optisches Element neben dem zweiten Ende (36) des Lichtwellenleiters (14) zum Empfang von Licht aus demselben, das aufweist:
  • (i) ein Plättchen optischen Materials (16) mit einer Frontoberfläche (28) und einer Umfangskante (30) mit mehreren Reflexions-Facetten
  • (ii) Mittel zum Teilen des Lichtes in eine vorherbestimmte Anzahl von Lichtstrahlen (40) auf der Umfangskante (30) neben dem zweiten Ende (36) des Lichtwellenleiters; und
  • (iii) einen Lichtausfallabschnitt (22) neben dem Plättchen optischen Mate­ rials (16) mit mehreren Reflexionsstufen (54), die sich über eine Länge des optischen Elementes erstrecken, wobei jede Reflexionsstufe (54) mit den Reflexions-Facetten ausgerichtet und zur Frontoberfläche geneigt ist.
19. Lampenanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (14) eine Glasfaser ist.
20. Lampenanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaser-Lichtwellenleiter (14) einen Durchmesser zwischen 0,1 und 1,0 mm besitzt.
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