DE69803666T2

DE69803666T2 - Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69803666T2
Application number: DE69803666T
Authority: DE
Inventors: Joep Bijlhot; Peter Lepley
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: GB9708147D0; JP3992296B2; WO1998048216A1; DE69803666D1; GB2324599A; BR9808235A; EP0977962B1; JP2002513508A; US6474859B2; US20020018350A1; EP0977962A1

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Beleuchtungsvorrichtung und ist besonders vorteilhaft in deren Starwendung zur Beleuchtung von Einstellrädchen und -Knöpfen.

Hintergrund der Erfindung

Facettierte Lichtleiter sind weithin bekannt für die Beleuchtung und Rückbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigefeldern, wo eine ebene Fläche rückwärtig durch einen sich verjüngenden Lichtleiter beleuchtet wird, der eine ebene Frontfläche und eine facettenartig ausgebildete Rückseite hat. Licht wird in den Leichtleiter eingespeist, und das Licht wandert in dem Lichtleiter entlang, bis es auf eine Facette trifft, woraufhin es zur und durch die Frontfläche hindurch reflektiert wird. Der Lichtleiter weist eine Reihe von über seine Länge verteilten abgewinkelten Facetten auf und beleuchtet damit die gesamte über dem Lichtleiter liegende Oberfläche.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung zufolge wird eine Beleuchtungsvortichtung gestellt, die als Lichtleiter mit einer im wesentlichen ebenen Frontfläche und einer facettierten Rückseite ausgebildet ist, welcher eine Reihe von abgewinkelten Facetten aufweist, die so angeordnet sind, daß sie Licht zur und durch die ebene Frontfläche reflektieren, sowie mit einer Lichteingangsöffnung, durch welche Licht in den Lichtleiter eingeleitet wird, worin der. Lichtleiter zu einer Schleife gebogen ist, so daß er einen endlosen Lichtpfad bildet, die Wände so angelegt sind, daß Licht, das in den Lichtleiter eintritt, um die Schleife wandert, und zwei Lichteingangsöffnungen vorgesehen sind, durch die Licht tangential in den schleifenförmigen Lichtleitung eingeleitet, wird, so daß eine gleichmäßige Ausleuchtung über die gesamte Frontfläche gewährleistet wird.
Die Schleife kann so z. B. ein zu beleuchtendes Objekt umschließen, anstatt eine ganze Oberfläche beleuchten zu müssen, wovon ein Teil hinter einem vollen Objekt liegt, durch das kein Licht dringen kann.
Ist Licht in den sich verjüngenden Lichtleiter eingetreten, durchläuft es den ganzen Lichtpfad durch vollständige innere Reflexion, so daß die zur Beleuchtung einer solchen Schleife erforderliche Energie niedrig gehalten wird.
Damit die Lichtverluste minimal bleiben, ist die Schleife vorzugsweise ringförmig oder teilringförmig ausgebildet, so daß sie dazu eingesetzt werden kann, runde Objekte wie Drehkröpfe, Knöpfe, usw. zu beleuchten. Dies ist besonders zum Beleuchten von Drehknöpfen und Knöpfen an einem Armaturenbrett z. B. in einem Kraftfahrzeug nützlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verjüngt sich der Lichtleiter, da die Rückseite desselben an jeder Reflexionsfacette stufenförmig abgesetzt ist, so daß der Abstand zwischen den vorder- und rückseitigen Flächen des Lichtleiters mit zunehmendem Abstand von der Lichteingangsöffnung abnimmt.
Die Beleuchtungsvorrichtung beinhaltet vorzugsweise zwei Lichteingangsöffnungen an diametral gegenüberliegenden Bereichen des schleifenförmigen Lichtleiters, so daß eine gleichmäßigere Beleuchtung erzielt wird.
Der Lichtleiter besteht im typischen Falle aus klarem Acryl- oder Polycarbonatmaterial.
Die Lichtquelle besteht vorzugsweise aus Leuchtdioden.
Zwar ist es nicht wesentlich, daß die durch die Lichteingangsöffnungen eintretenden Strahlen gebündelt werden, es können jedoch Fälle auftreten, z. B. wenn der Lichtweg lang und/oder der Schleifendurchmesser groß ist, wo die Bündelung des Lichtes hilft, die Ausleuchtung der gesamten Schleife zu gewährleistet.
Es wird bevorzugt, wenn sich der Lichtleiter über seine Länge verjüngt. Wenn zwei Lichteingänge vorgesehen sind, kann, der Lichtleiter von einem maximalen Querschnitt an einem Lichteingangsende bis auf einen minimalen Querschnitt am nächsten Lichteingangsende spitz zusammenlaufen.
Jede Lichteingangsöffnung hat vorzugsweise eine erste konvexe Linse, die so angeordnet ist, daß ihr Hauptbrennpunkt im wesentlichen in der Lichtquelle liegt, so daß Lichtstrahlen von der Lichtquelle, nachdem sie durch die Linsegetreten sind, im wesentlichen parallel zur Hauptachse der ersten Linse verlaufen, und eine ergänzende Lichtsammelvorrichtung, die sich von dem Umfang der ersten Linse aus erstreckt und aus mehreren konvexen, Sekundärlinsen besteht, wobei der Hauptbrennpunkt jeder konvexen Sekundärlinse im wesentlichen mit der Lichtquelle zusammenfällt, und wobei die Hauptachse jeder Sekundärlinse in einem Winkel zur Hauptachse der ersten Linse liegt, wobei jede Sekundärlinse gebündeltes Licht in einem Winkel zur Hauptachse der ersten Linse liefert, und für jede Sekundärlinse eine reflektierende Oberfläche, welche so angeordnet ist, daß durch die Sekundärlinse getretenes gebündeltes Licht in eine Richtung reflektiert wird, die im wesentlichen parallel zur Hauptachse der ersten Linse liegt.
Die Tiefe des Lichtpfades beträgt typischerweise zwischen 1 cm und 5 cm, und der Durchmesser der gebogenen Schleife ist bis zu 20 cm groß.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden, dabei zeigt:
Fig. 1: eine perspektivische Darstellung von der Rückseite einer Lichtleiter-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2: einen Schnitt durch einen Teil der Fig. 1; und
Fig. 3: einen Schnitt ähnlich desjenigen aus Fig. 2, welcher eine alternative Ausführung der Erfindung darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In den Fig. 1 und 2 besteht eine Lichtleiter-Beleuchtungsvorrichtung bzw. sog. Illuminator 10 aus einem schleifenförmig gebogenen Lichtleiter 12, der aus zwei sich verjüngenden Abschnitten aufgebaut ist, die zusammen einen endlosen Lichtleitweg bilden. Der zu einer Schleife gebogene Lichtleiter 12 hat eine im wesentlichen ebene Frontfläche 14 und eine facettierte Rückseite 16, welche eine Reihe von abgewinkelten Facetten 18 aufweist, die so um die Schleife angeordnet sind, daß Licht zur und durch die ebene Frontfläche I4 hindurch reflektiert wird. Jeder Abschnitt des Lichtleiters 12 hat eine entsprechende Lichteingangsöffnung 20, 22, durch welche Licht von einer jeweiligen Leuchtdiode bzw. LED 28, 30 im wesentlichen entlang dem Lichtpfad in den Lichtleiter 12 eingeleitet wird. Die Seitenwände 24 und 26 des Lichtleiters sind so angeordnet, daß durch den Lichtleiter 3 eintretendes Licht eine innere Totalreflexion erfährt und daher solange durch die Schleife wandert, bis es von einer der Facetten 18 reflektiert wird und wie in Fig. 2 dargestellt durch die Frontfläche 14 austritt.
Der hier dargestellte Illuminator hat zwei Lichteingängsöffnungen zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Ausleuchtung. Wird nur eine Lichteingangsöffnung verwendet, dann neigt die Lichtstärke dazu, mit zunehmendem Winkelabstand von der Lichteingangsöffnung merklich schwächer zu werden, wohingegen zwei Lichteingangsöffnungen eine gleichmäßige lichtringförmige Beleuchtung gewährleisten. Es können natürlich mehr als zwei Lichteingangsöffnungen verwendet werden, dies trägt jedoch nur zu einer unnötigen Kostensteigerung bei.
Der Lichtleiter ist als Polycarbonatgußteil hergestellt und weist Befestigungslaschen 32, 34 auf, für die Befestigung des Illuminators 1 um den zu beleuchtenden Gegenstand. Da der Lichtweg teilringförmig ist, kann er über und um einen Drehknopf gelegt werden, oder er kann zur Beleuchtung von runden Knöpfen in einem Autoradio verwendet werden.
Im Betrieb wird Licht von den LED 28 und 30 durch die beiden diametral gegenüberliegenden Lichteingangsöffnungen 20, 22 in den Lichtleiter 12 eingespeist und läuft dann durch innere Totalreflexion am Lichtpfad entlang, bis einige der Strahlen auf die Facetten 18 auftreffen und zur und durch die ebene Frontfläche 14 reflektiert werden und den Ring ausleuchten.
Der Lichtleiter 12 verjüngt sich, da die Facetten in Stufen angeordnet sind, welche die Tiefe des Lichtleiters 3 in einer Richtung weg von den Lichteingangsöffnungen 20 und 22 verringern. In einer praktischen Ausführung, in welcher der Illuminator einen Durchmesser von 14,8 cm aufweist, kann die Tiefe des Lichtleiters 12 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 1 über die Länge des Lichtpfades im typischen Fälle von 4 cm auf 1,8 cm abfallen.
Im Falle der Ausführung nach Fig. 1 und 2 tritt das Licht von den LED. 28 und 30 durch eine ebene Fläche in den Lichtleiter 12 ein und ist nicht gebündelt. Wie der in Fig. 2 mit 36 bezeichnete Lichtstrahl darstellt, kann Licht eine totale innere Reflexion von den Front- und Rückwandflächen 14 und 16 des Lichtleiters erfahren, bevor es auf eine der reflektierenden Facetten auftrifft.
Die Lichteingangsöffnung der alternativen Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen ebenen Lichteingangsöffnungen 20 und 22 in zweierlei Hinsicht. Erstens wird das in den Lichtleiter eintretende Licht gebündelt. Zweitens tritt das Licht im rechten Winkel zum Lichtpfad in den Lichtleiter ein, statt direkt entlang demselben. Dadurch können die LED direkt auf eine Leiterplatte montiert werden, an welcher der Illuminator mittels der Befestigungslaschen 32 und 34 befestigt ist.
In Fig. 3 hat die allgemein mit 40 bezeichnete Lichteinlaßöffnung eine reflektierende Fläche 42, welche in einem Winkel zu dem von dem Lichtleiter 12 definierten Lichtpfad angeordnet ist. Die Oberfläche 42 so angeordnet, daß sie das Licht von einem allgemein bei 44 angedeuteten Kollimatorabschnitt um einen rechten Winkel ablenkt, um so die Notwendigkeit einer Halterung für die LED 56 in derselben Ebene wie der Lichtleiter zu vermeiden.
Der Kollimator 44 kann als Einzellinse ausgebildet sein oder als Fresnellinse, der hier dargestellte jedoch hat drei Linsenelemente 46, 48 und 50. Das vom Linsenelement 48 gebündelte Licht wird direkt auf die reflektierende Oberfläche 42 geleitet, während das von den Linsenelementen 46 und 50 gebündelte Licht zunächst von einer entsprechenden reflektierenden Facette 52, 54 reflektiert wird, bevor es von der Oberfläche 42 in den Lichtleiter abgestrahlt wird.

Claims

1. Als Lichtleiter (l2) ausgebildete Beleuchtungsvorrichtung mit einer im wesentlichen ebenen Frontfläche (14) und einer facettierten Rückseite (16) mit einer Reihe von abgewinkelten Facetten (18), die derart angeordnet sind, daß sie Licht zur und durch die ebene Frontfläche (14) hindurch reflektieren, und mit einer Lichteingangsöffnung (20, 22; 40), durch welche Licht in den Lichtleiter (12) eingeleitet wird, worin der Lichtleiter (12) zu einer Schleife gebogen ist, so daß er einen endlosen Lichtpfad definiert, wobei die Wände (24, 26) des schleifenförmigen Lichtpfades so angeordnet sind, daß in den Lichtleiter (12) eintretendes Licht um die Schleife läuft, und wobei zwei Lichteingangsöffnungen (20, 22) jeweils zur tangentialen Einleitung des Lichtes in den schleifenförmigen Lichtpfad vorgesehen sind, um so eine gleichmäßige Beleuchtung über die gesamte Frontfläche (14) zu erreichen.

2. Beleuchtungsvorrichtung flach Anspruch 1, worin sich der Lichtleiter verjüngt, wobei die Rückseite (16) an jeder reflektierenden Facette (18) stufenartig geformt ist, so daß der Abstand zwischen der Frontfläche (14) und der Rückseite (16) des Lichtleiters mit zunehmendem Abstand von der Lichteingangsöffnung (20, 22) abnimmt.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Lichtpfad im wesentlichen ringförmig verläuft.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin der Lichtleiter aus klarem Acrylglas oder Polycarbonatwerkstoff besteht.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin die Lichtquelle von wenigstens einer Leuchtdiode (28, 30; 56) gebildet wird.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, in welchem jede Lichteingangsöffnung (40) Mittel zur Bündelung des in den Lichtleiter (12) eintretenden Lichtes aufweist.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin jede Lichteingangsöffnung eine reflektierende Fläche (42) aufweist, die ermöglicht, daß eine die Lichteingangsöffnung (42) mit Licht speisende Lichtquelle (56) in einer Ebene montiert werden kann, die von derjenigen des Lichtleiters unterschiedlich ist.