專利名稱：用于機(jī)動(dòng)車燈的光導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)要求I前序部分所述的、用于機(jī)動(dòng)車燈的一體化的光導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來隨著越來越挑剔的款式，將發(fā)光二極管(LED)作為光源引入機(jī)動(dòng)車照明裝置中，這給照明裝置的研發(fā)提高了很高的要求。在機(jī)動(dòng)車照明裝置中，通常分為前照燈和信號(hào)燈。機(jī)動(dòng)車的前照燈產(chǎn)生光分布，它如此強(qiáng)烈地照亮周圍環(huán)境，使得駕駛員可安全地在里面確定方向。信號(hào)燈產(chǎn)生信號(hào)光分布，它們應(yīng)讓其它交通參與者知道該機(jī)動(dòng)車的存在和/或行為。日間行車燈-信號(hào)燈是信號(hào)燈的實(shí)施例，但它不應(yīng)是窮盡列舉。正是在機(jī)動(dòng)車燈的范圍內(nèi)經(jīng)常需要均質(zhì)照亮的光帶，作為日間行車燈、閃光燈或輪廓標(biāo)志燈的顯示狀態(tài)。這些要求雖然可通過具有后置散光玻璃的準(zhǔn)直光學(xué)元件良好地滿足，但該顯現(xiàn)圖像在未照射狀態(tài)下通常還不達(dá)標(biāo):借助這種光學(xué)元件還很難滿足取決于閃耀的、深度起效的顯現(xiàn)圖像的要求。此外，借助大量呈階梯狀設(shè)置的光源和準(zhǔn)直光學(xué)元件來照亮通常呈三維拱起的散光玻璃，是很煩瑣和昂貴的。

因此，為了實(shí)現(xiàn)均勻的顯現(xiàn)圖像并在造型上實(shí)現(xiàn)盡可能大的自由度，因此選擇了光導(dǎo)體作為光學(xué)元件。但要克服光導(dǎo)體的低光學(xué)效率。典型的光導(dǎo)體效率只是約15%。在此，由光源發(fā)出的光束的份額的效率指，它實(shí)際上對(duì)期望的光分布的貢獻(xiàn)。其結(jié)果是，為了借助光導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)閃光燈或日間行車燈功能，必須應(yīng)用與其它只用于主要光功能(即用于近光燈或遠(yuǎn)光燈))相似強(qiáng)度的光源。從而存在著結(jié)構(gòu)空間需求、熱量發(fā)散和成本方面的缺點(diǎn)。效率低的主要原因在于常用的光導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)相當(dāng)光滑，其中通常相當(dāng)小的光出射面卻碰上輸出的光束的非常大的張角。因此在實(shí)踐中不可能的是，將輸出的光線的更大份額轉(zhuǎn)到狹窄限制的目標(biāo)區(qū)域中，但這對(duì)于實(shí)現(xiàn)通常的照明功能來說是必要的。此外，通過傳輸在大量退耦棱鏡上損失了許多光線，并且該較長的光導(dǎo)體長度會(huì)導(dǎo)致明顯的吸收損失和顏色偏移。這些光導(dǎo)體通常相當(dāng)纖細(xì)，因此從棱鏡中退耦的光束通常不能再明顯地聚焦。相反，光導(dǎo)體的縱向伸展雖然大，但邊界面作為光出射面和作為傳輸面的雙重使用不能實(shí)現(xiàn)聚焦的幾何形狀。具有上述類型的光導(dǎo)體裝置的機(jī)動(dòng)車燈從DE10231326A1已知。該已知的光導(dǎo)體裝置具有弧矢面和多個(gè)并排設(shè)置的導(dǎo)光指狀件，其中每個(gè)導(dǎo)光指狀件都具有用來耦合光線的第一端部和第二端部，該第二端部通到用于多個(gè)導(dǎo)光指狀件的公共光導(dǎo)體容積中。每個(gè)導(dǎo)光指狀件都具有兩個(gè)彼此相對(duì)而置的邊界面，其中在每個(gè)邊界面中都具有至少一個(gè)直線，該直線將導(dǎo)光指狀件的兩個(gè)端部連接起來，并且它的延長線與一直線的延長線具有交點(diǎn)，后面提到的直線將導(dǎo)光指狀件的另一邊界面的兩個(gè)端部連接起來?；∈该嬖诖耸侵敢粋€(gè)平面，導(dǎo)光指狀件并排安放在此平面中。導(dǎo)光指狀件的形狀在DE10231326A1中描述成郁金香狀。準(zhǔn)確地看，該處介紹的導(dǎo)光指狀件分別具有兩對(duì)彼此相對(duì)而置的邊界面。第一對(duì)在該處稱為表面的邊界面呈弧形或呈拋物線形地在第一端部和第二端部之間延伸。第二對(duì)的邊界面是平坦的表面，它按DE10231326A1要么平行地延伸，要么在光線的傳播方向上呈V形地相互延伸開來，或呈箭頭狀的想向布置。在此，已知的機(jī)動(dòng)車燈的導(dǎo)光指狀件這樣設(shè)置，使得相鄰的導(dǎo)光指狀件的弧形或拋物線形的外罩是面彼此相對(duì)而置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有光導(dǎo)體裝置的機(jī)動(dòng)車燈，該光導(dǎo)體裝置在很大程度上提供了與常規(guī)光導(dǎo)體相同的構(gòu)造方面的自由度，但與常規(guī)光導(dǎo)體相比具有明顯更高的效率。按本發(fā)明的光導(dǎo)體裝置應(yīng)該還可在照明密度方面實(shí)現(xiàn)均勻的顯現(xiàn)圖像，這與按現(xiàn)技術(shù)的常規(guī)光導(dǎo)體相比也屬于優(yōu)點(diǎn)。此外，該光導(dǎo)體還應(yīng)具有盡可能小的壁厚，以便能成本劃算地由無機(jī)玻璃或有機(jī)玻璃(即玻璃般透明的塑料)制成。此目的借助權(quán)利要求1的特征得以實(shí)現(xiàn)。按本發(fā)明的光導(dǎo)體裝置與已知的光導(dǎo)體裝置的不同之處在于，第一導(dǎo)光指狀件和與之直接相鄰的第二導(dǎo)光指狀件在光導(dǎo)體裝置中這樣定向地設(shè)置，即第一導(dǎo)光指狀件的邊界面設(shè)置得面向第二導(dǎo)光指狀件的邊界面，其中對(duì)第一導(dǎo)光指狀件的邊界面適用的是，它與第一導(dǎo)光指狀件的另一邊界面相對(duì)而置并且至少一個(gè)直線位于它里面，該直線將導(dǎo)光指狀件的兩個(gè)端部連接起來，并且它們的延長線與直線的延長線具有交點(diǎn)，后面提到的直線將第一導(dǎo)光指狀件的另一邊界面的兩個(gè)端部連接起來；并且其中對(duì)第二導(dǎo)光指狀件的邊界面適用的是，它與第二導(dǎo)光指狀件的另一邊界面相對(duì)而置并且在它里面具有至少一根直線，該直線將第二導(dǎo)光指狀件的兩個(gè)端部連接起來，并且它的延長線與直線的延長線具有交點(diǎn)，后面提到的直線將第二導(dǎo)光指狀件的另一邊界面的兩個(gè)端部連接起來 ，其中導(dǎo)光指狀件的上述直線在弧矢面中延伸，其中與導(dǎo)光指狀件的第二端部相比，這些直線的交點(diǎn)更靠近第一端部。結(jié)果，該導(dǎo)光指狀件在與弧矢面等距的弧矢截面中具有梯形形狀，這兩個(gè)直線在此梯形形狀中彼此呈V形延伸。該V形在下述方向中張開，即在此方向中該共同的光導(dǎo)體容積連接到該V形上。由于該特征組合，它們尤其起用于光源的鏡面的作用，得到了期望的效果，即遠(yuǎn)處的觀察者不僅能看到實(shí)際存在的、將光束輸入光導(dǎo)體裝置中的光源，而且還可額外地看到真實(shí)光源的虛像，因此光導(dǎo)體裝置的光出射面好像被比實(shí)際上存在的光源數(shù)量更多的光源照亮，并因此能在整體上實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更均勻的照亮。建議的光導(dǎo)體適用于所有類型的、具有LED-光源的日間行車燈、閃光燈和輪廓標(biāo)志燈，如同它們?nèi)缃裨诖似陂g按標(biāo)準(zhǔn)在許多機(jī)動(dòng)車制造商中所應(yīng)用的一樣。尤其有利的是，通過耦合不同顏色的LED (白和黃)，作為組合的日間行車燈和閃光燈來用。優(yōu)選的構(gòu)造方案的特征在于，這些邊界面是平坦的表面。還優(yōu)選的是，該集中器設(shè)計(jì)得用來把從第二端部中輸出的光線集中在子午面中，該子午面與弧矢面垂直，該弧矢面通過并排設(shè)置的平面來定義。在構(gòu)造方案中，這些導(dǎo)光指狀件在其光輸入面和其光出射面之間具有拱曲，因此該弧矢面在此構(gòu)造方案中稱為弧矢表面更好。還優(yōu)選的是，按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述光導(dǎo)體裝置，在子午面中起作用的集中器是通過光折射來聚集光線的光學(xué)元件。還優(yōu)選的是，在子午面中起作用的集中器是通過全內(nèi)反射來聚集光線的光學(xué)元件。還優(yōu)選的是，在子午面中起作用的集中器是反射器，它的反射面限定了以空氣充滿的反射腔。另一優(yōu)選的構(gòu)造方案的特征在于，在子午面中起作用的集中器是與光導(dǎo)體裝置分開的部件。還優(yōu)選的是，在子午面中起作用的集中器是一體化的光導(dǎo)體裝置的材料結(jié)合的組成部分。此外還優(yōu)選的是，在子午面中起作用的集中器是光滑的、不會(huì)由邊棱中斷的光出射面。還優(yōu)選的是，在子午面中起作用的集中器包含帶階梯的光出射面。此外還優(yōu)選的是，子午面中的導(dǎo)光指狀件的側(cè)壁之間的角度在任何時(shí)候都小于弧矢面中的導(dǎo)光指狀件的側(cè)壁之間的角度，其中子午面相對(duì)弧矢面是垂直的，并且子午面通過并排設(shè)置的表面來確定。另一優(yōu)選的構(gòu)造方案的特征在于，弧矢面中的導(dǎo)光指狀件的寬度從第一端部朝第二端部持續(xù)地?cái)U(kuò)展至至少兩倍寬，其中弧矢面或弧矢表面通過并排設(shè)置的表面來確定(如同已提到的一樣)。光導(dǎo)體在子午面中可彎曲。還優(yōu)選的是，導(dǎo)光指狀件的展開線在其第一端部和其第二端部之間的長度L是第一端部的寬度的5倍至 10倍。另一優(yōu)選的構(gòu)造方案的特征在于，子午面中的光導(dǎo)體裝置設(shè)計(jì)成常規(guī)的光導(dǎo)體，因此光線在該處在兩個(gè)基本上等距的壁板之間通過全內(nèi)反射進(jìn)行傳輸，其中子午面相對(duì)弧矢面是垂直的，并且弧矢面通過并排設(shè)置的平面來確定。此外還優(yōu)選的是，所有光源定位在公共的平坦的電路板上。由從屬權(quán)利要求、說明書和附圖得出了其它優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解，以上提到的以及下面還將闡述的特征不僅能以各自說明的組合來應(yīng)用，還能以其它組合或單獨(dú)地應(yīng)用，而不會(huì)離開本發(fā)明的框架。


在附圖中描述了本發(fā)明的實(shí)施例，并在以下描述中進(jìn)行詳細(xì)闡述。在此分別以示意形式:圖1在透視圖中示出了按本發(fā)明的光導(dǎo)體裝置連同其直接所屬的技術(shù)領(lǐng)域；圖2示出了圖1的對(duì)象的窄側(cè)；圖3在旋轉(zhuǎn)90°的位置中示出了圖2的對(duì)象；圖4示出了圖3的擴(kuò)大截面；圖5示出了接在光導(dǎo)體裝置后面的集中器；圖6在透視圖中示出了折彎的光導(dǎo)體裝置；圖7示出了具有后置的集中器的階梯狀的光出射面的構(gòu)造；圖8示出了具有光導(dǎo)體裝置的階梯狀的光出射面的構(gòu)造；
圖9示出了具有多個(gè)不同顏色的光源的構(gòu)造；圖10示出了導(dǎo)光指狀件在直接照亮它的直射光上的光學(xué)效果；圖11示出了導(dǎo)光指狀件及其光源的虛像的設(shè)計(jì)圖；圖12示出了直射光以及反射到導(dǎo)光指狀件的鏡面的光線的光程；圖13不出了反射和輸入的光束與光源的配屬關(guān)系；圖14示出了站在觀察者的角度可見光源圖像的光導(dǎo)體裝置的構(gòu)造；圖15示出了站在觀察者的角度可見光源圖像的光導(dǎo)體裝置的備選構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式在此，相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中分別表示相同或至少在其功能上相同的元件。圖1在透視圖中詳細(xì)地示出了按本發(fā)明的光導(dǎo)體裝置10，其具有起光學(xué)集中器作用的光學(xué)元件12、冷卻體14以及安裝在冷卻體上的光源16。這些光源優(yōu)選是半導(dǎo)體光源，尤其是LED-芯片(LED=發(fā)光二極管)或激光二極管。這些光源安裝在公共的電路板上，該電路板自身固定在冷卻體上。通過該電路板，來供應(yīng)電能并且進(jìn)行操控。這些光源可單個(gè)地和/或成組地單獨(dú)進(jìn)行操控，因此可單獨(dú)地控制從每個(gè)光源中輸出的并且耦合到光導(dǎo)體裝置10的各自所屬的導(dǎo)光指狀件18中的光束。所述控制性在此優(yōu)選不僅包括常開和常閉之間的轉(zhuǎn)換，而且還包括亮度的控制，這例如通過具有一信號(hào)頻率的占空比的操控來實(shí)現(xiàn)，該信號(hào)頻率如此之高，使得人的視覺能感覺到平均亮度。在優(yōu)選的構(gòu)造方案中，各光源的單個(gè)光源的每個(gè)單個(gè)的光出射面都是四邊形的，優(yōu)選是正方形的。邊長優(yōu)選在0.3和2_之間。還優(yōu)選的是，該光出射面是平整的。在光出射面是圓形的情況下，直徑優(yōu)選大致相當(dāng)于提到的邊長。具有這些特征并且發(fā)出白色、紅色或黃色光線的LED在機(jī)動(dòng)車照明裝置中批量使用，或至少作為專用配置使用，因此是可使用的。光導(dǎo)體裝置10設(shè)計(jì)成透明的固體(玻璃體)。該透明固體優(yōu)選由有機(jī)玻璃構(gòu)成，即由塑料構(gòu)成。這也適用于光學(xué)元件12，但它不必由與光導(dǎo)體裝置相同的材料構(gòu)成。有機(jī)玻璃例如指聚碳酸酯(PC)、亞克力(PMMA)、環(huán)烯烴聚合物(C0P)、環(huán)烯烴聚合物(C0C)、聚均苯四甲酰亞胺(PMMI)、聚砜(PSU)。圖1所示的構(gòu)造方案的導(dǎo)光指狀件18分別具有梯形板的造型，其板厚為d并且具有長方形橫截面，它從第一端20開始朝導(dǎo)光指狀件的第二端22在相當(dāng)于光線的主傳播方面的空間方向中持續(xù)地延伸。在所示的構(gòu)造方案中，該光導(dǎo)體裝置10相對(duì)于冷卻體這樣設(shè)置，即至少一個(gè)半導(dǎo)體光源分別緊密地位于光導(dǎo)體裝置的導(dǎo)光指狀件的第一端部20前，因此從半導(dǎo)體光源中輸出的光束在很大程度上完全(也就是說，超過90%)耦合到各自的導(dǎo)光指狀件中。為此，光源的大多平整的光出射面和第一端部之間的間距應(yīng)盡可能小，尤其不大于十分之幾毫米。耦合到導(dǎo)光指狀件中的光線在該處從第一端部通過第二端部并通過用于多個(gè)導(dǎo)光指狀件的共同光導(dǎo)體容積24朝光導(dǎo)體 裝置的光出射面?zhèn)鞑ィ饩€最終通過該光出射面退耦。該共同的光導(dǎo)體容積是光導(dǎo)體裝置的局部容積，它與導(dǎo)光指狀件是一體化的，并且該導(dǎo)光指狀件在光路中位于第二端部的后面，即先前分開的導(dǎo)光指狀件在該處結(jié)合起來。從光源中發(fā)出的光束的張角比下述角度大得多，即指從按規(guī)定應(yīng)用的機(jī)動(dòng)車燈中發(fā)出的符合法規(guī)的信號(hào)光分布的角度。LED以達(dá)+/-90°的角寬發(fā)出光線，而信號(hào)光分布的寬度在豎直方向上可能只有+/_10°，在水平方面上只有+/-20°。光導(dǎo)體裝置的任務(wù)在于，將從光源中發(fā)出的光束有效地集中在符合法規(guī)的信號(hào)光分布的角度范圍內(nèi)。在按本發(fā)明的光導(dǎo)體裝置中，在兩個(gè)彼此垂直的平面內(nèi)以不同的方式實(shí)現(xiàn)所述集中，其中一個(gè)平面內(nèi)的集中與另一平面內(nèi)的集中是沒有關(guān)系的。圖2示出了圖1的對(duì)象的窄側(cè)。通過起集中作用的光學(xué)元件12，該張角在相當(dāng)于圖2的圖面的平面中縮小。該平面在下面也稱為子午面，因?yàn)樗鈱?dǎo)體裝置的不同光學(xué)軸線，它在此指光線進(jìn)入光導(dǎo)體裝置中時(shí)(=光耦合)的主傳播方向，并指光退耦合的方向。圖3在圍繞著導(dǎo)光指狀件中的主傳播方向旋轉(zhuǎn)90°的位置中示出了圖2的對(duì)象。圖3的圖面在下面也稱為弧矢面，因?yàn)樗c子午面垂直。在構(gòu)造方案中，該光導(dǎo)體裝置圍繞著與子午面垂直的軸線彎曲，因此好像它是彎曲的。那么，該弧矢面是作為彎曲的弧矢面示出。對(duì)于這種情況，圖3相當(dāng)于彎曲的弧矢面在平面中展開線。該光導(dǎo)體裝置在兩個(gè)彼此垂直的子午面和弧矢面中具有不同的特性:在子午面(即在圖2的圖面)中，光導(dǎo)體裝置10的功能相當(dāng)于常規(guī)的光導(dǎo)體的功能:光線在基本上等距離的側(cè)面之間通過多次全反射傳輸。因?yàn)楣鈱?dǎo)體裝置在此子午面中的寬度在第一端部20和第二端部22之間保持恒定或至少在很大程度上保持恒定，所以在此無光線集中地進(jìn)行光線傳輸，即光束沒有收窄。在很大程度上恒定在此指，在子午面中導(dǎo)光指狀件的側(cè)壁之間的角度在任何情況下都小于在弧矢面中導(dǎo)光指狀件的側(cè)壁之間的角度。在弧矢面(即例如在圖3的圖面)中導(dǎo)光指狀件構(gòu)成為梯形的集中器。圖4示出了圖3的擴(kuò)大截面。在弧矢面中導(dǎo)光指狀件18的寬度BI從第一端部20朝第二端部20持續(xù)地?cái)U(kuò)展至大致雙倍的寬度B2=2*B1。因此，圖3尤其示出了導(dǎo)光指狀件的弧矢剖面或這種弧矢剖面的展開線?；∈钙拭娴恼归_線因此在很大程度上構(gòu)成具有以下比例的等邊梯形:導(dǎo)光指狀件18的第二端部22幾乎至少是第一端部20的兩倍寬。導(dǎo)光指狀件的展開線的長度L大概是第一端部的寬度BI的5倍至10倍，因此在梯形邊之間在理想狀態(tài)下產(chǎn)生約10°至約20°的角度。圖4示出了耦合到導(dǎo)光指狀件中的邊部光線26。導(dǎo)光指狀件的第一端部的寬度BI大于光源的相應(yīng)尺寸，它是指光源16的光出射面的邊長或直徑。在該大小比例中，第一端部20的外部角落28位于耦合的光束的陰影中，并因此不能用于光線傳導(dǎo)，因此，圖4作為圖3的截面尤其示出了用于機(jī)動(dòng)車的一體化的光導(dǎo)體裝置10，該光導(dǎo)體裝置具有多個(gè)并排設(shè)置的導(dǎo)光指狀件18，其中每個(gè)導(dǎo)光指狀件都具有用來耦合光線的第一端部20和第二端部22，該第二端部一直通到用于多個(gè)導(dǎo)光指狀件的共同的光導(dǎo)體容積24中，其中每個(gè)導(dǎo) 光指狀件18都具有兩個(gè)彼此相對(duì)而置的邊界面18.1,18.2，其中在每個(gè)邊界面中都具有至少一個(gè)直線，該直線將導(dǎo)光指狀件的兩個(gè)端部連接起來，并且它的延長線18.4與直線的延長線18.5具有交點(diǎn)18.3，后面提到的直線將導(dǎo)光指狀件的另一邊界面的兩個(gè)端部連接起來。在此，直接相鄰的導(dǎo)光指狀件這樣定向地設(shè)置在光導(dǎo)體裝置中，第一導(dǎo)光指狀件的邊界面(它滿足在此段中提到的條件)設(shè)置得面向第二導(dǎo)光指狀件的邊界面，它同樣滿足這些條件。在優(yōu)選的構(gòu)造方案中，導(dǎo)光指狀件18在這些外部角落中具有固定元件或定心元件。這種元件例如模制而成，并作為銷釘、凸出部、鉤子、洞口等來實(shí)現(xiàn)。因此，光束在子午面中通過設(shè)置在光導(dǎo)體后面的集中鏡頭束集起來，而設(shè)計(jì)成圓錐的光導(dǎo)體自身在弧矢面中發(fā)揮集中器的作用。以這種方式可使光導(dǎo)體裝置的壁厚(也就是說圖1中的板厚)保持較小，這一方面確保了簡單且成本低廉的制造，因?yàn)榭墒褂糜袡C(jī)玻璃，并且因?yàn)榭稍谧游缑嬷姓蹚澰摴鈱?dǎo)體，以便能盡量與退耦面的位置無關(guān)地選擇光源的位置。子午面中的折彎在此相當(dāng)于弧矢面的已提到的盤繞。在如圖1至4所示的構(gòu)造方案中，在子午面中起作用的集中器是與光導(dǎo)體裝置不同的元件，它在光路中設(shè)置在原來的光導(dǎo)體裝置的光出射面的后面。在一種構(gòu)造方案中，這個(gè)接在后面的集中器通過柱面透鏡來實(shí)現(xiàn)，如同在圖5a中所示的一樣。該柱面透鏡是通過光折射來聚集光線的光學(xué)元件的實(shí)施例，作為在子午面中起作用的集中器。在子午面中起作用的集中器優(yōu)選這樣構(gòu)成，即它使光束的擴(kuò)散適應(yīng)于符合法規(guī)的光分布的要求，而在此不會(huì)形成成像的投射透鏡。在本發(fā)明中不會(huì)進(jìn)行成像。對(duì)于只折射光線的透鏡來說備選的是如圖5b所示的玻璃體，它為了減少輸出光線的張角，還在其側(cè)壁上利用了全內(nèi)反射，來代替或補(bǔ)充在其光出射面上的光折射。該玻璃體是通過全內(nèi)反射來聚集光線的光學(xué)元件的實(shí)施例，作為在子午面中起作用的集中器。該聚集效果可通過聚集并折射光線的 光出射面來增強(qiáng)。另一備選方案是在圖5c中示出的反射器，它利用在邊界上的反射朝光學(xué)方面更緊密的介質(zhì)(正是反射器的表面)束集。反射器(它的反射面限定了以空氣充滿的反射腔)是光學(xué)元件的實(shí)施例，作為在子午面中起作用的集中器，該光學(xué)元件通過在邊界面上的反射將光線聚集至光學(xué)方面更緊密的介質(zhì)。在用來代替后置集中器的構(gòu)造方案中，該集中器是光導(dǎo)體裝置的材料結(jié)合的組成部分。因此，圖5d示出了集成在光導(dǎo)體裝置的玻璃體中的柱面透鏡的子午面，并且圖5e在截面中示出了對(duì)光線進(jìn)行內(nèi)反射并在其光出射面上還可能進(jìn)行折射的TIR-鏡頭(TIR=total internal ref lection),它集成在光導(dǎo)體裝置的玻璃體中。該具有集成的集中器的構(gòu)造方案的優(yōu)點(diǎn)是，不會(huì)出現(xiàn)菲涅爾-損失，通常它在光線耦合到集中器中時(shí)是不可避免的。此外，光導(dǎo)體和集中器自動(dòng)整齊地相互定位。本發(fā)明主要規(guī)定了一種光導(dǎo)體裝置，它在子午面中設(shè)計(jì)成常規(guī)的光導(dǎo)體，因此光線在該處在兩個(gè)基本上等距離的壁板之間通過全內(nèi)反射進(jìn)行傳輸。在此，還沒有達(dá)到值得一提的光束集中，因?yàn)楣鈱?dǎo)體的寬度在光導(dǎo)體-輸入面和光導(dǎo)體-輸出面之間幾乎沒有不同。由于張角較大，從光導(dǎo)體中輸出的光束隨后通過集中器在子午面中收窄。使用凸出的透鏡面和/或起聚集效果的反射面，作為集中器。在與子午面垂直的弧矢面中，光導(dǎo)體構(gòu)成為集成器，其具有筆直延伸或平坦(即在兩個(gè)空間方向上筆直延伸)的側(cè)面。在優(yōu)選的構(gòu)造方案中，光導(dǎo)體從光輸入至光輸出擴(kuò)展了至少約兩倍。通過光導(dǎo)體的梯形橫截面，光束的擴(kuò)散在此截面中縮小。因此與束集的邊界面相比，可達(dá)到更均勻的顯現(xiàn)圖像。理想的是，各個(gè)導(dǎo)光指狀件的光出射面和光輸入面的寬度在弧矢面中彼此呈整數(shù)比比例。集中器(它在子午面中將光束集中起來)在弧矢面中是無效的。在此有利地使用柱面透鏡或反射/透鏡面，它們?cè)诤艽蟪潭壬洗怪庇谧游缑孢M(jìn)行延伸。理想地，多個(gè)導(dǎo)光指狀件現(xiàn)在并排設(shè)置，以便獲得顯現(xiàn)圖像，如同從常規(guī)的光導(dǎo)體中已知的那樣。與常規(guī)的光導(dǎo)體相比，每個(gè)單個(gè)的導(dǎo)光指狀件具有至少一個(gè)從屬于該元件的光源，并因此只把光導(dǎo)體裝置的小部分照得通亮。通過將許多導(dǎo)光指狀件相互排成一列，產(chǎn)生了均勻照亮的光帶的印象，如同從按現(xiàn)有技術(shù)的光導(dǎo)體中已知的一樣。因?yàn)樵诒景l(fā)明中光線既可在子午面(即穿過柱面透鏡)，也可在弧矢面(即穿過導(dǎo)光指狀件的梯形形狀)中集中，所以幾乎所有由光源發(fā)出的發(fā)線都聚集在期望的光分布的目標(biāo)區(qū)域中。因此，可達(dá)到非常好的光學(xué)效果。在此，一方面通過單個(gè)光導(dǎo)體的增大的橫截面，另一方面通過光出射面上的形成光線的光學(xué)元件，產(chǎn)生了用于信號(hào)功能的光分布。因?yàn)閱蝹€(gè)導(dǎo)光指狀件相對(duì)較短，所以與常規(guī)的光導(dǎo)體相比，吸收損失也非常小。按本發(fā)明的光導(dǎo)體裝置不需要常見的小轉(zhuǎn)向棱鏡，在常規(guī)的光導(dǎo)體中許多光線在該轉(zhuǎn)向棱鏡上通過散射和透射損失。因此明顯提高了光學(xué)效果。光導(dǎo)體裝置以及集中器分開地設(shè)置在子午面中，其優(yōu)點(diǎn)是，一方面實(shí)現(xiàn)了較大的光出射面,而不會(huì)在此不可靠地增大光學(xué)構(gòu)件的橫截面。對(duì)于在制造時(shí)遵守的冷卻時(shí)間來說，這是很重要的。在分開設(shè)置時(shí)，可提高制造過程的循環(huán)周期。通過彎曲/折彎單個(gè)導(dǎo)光指狀件，可在光源定位時(shí)產(chǎn)生額外的自由度。因此例如還可能的是，所有的光源都定位在平面中，即例如定位在共同的平整的電路板上，而光出射面例如呈箭頭形朝向機(jī)動(dòng)車照明裝置的透明防塵蓋，或者可折彎或彎曲成其它樣子，以便滿足造型方面的要求。圖6a示出了在子午面中的折彎的光導(dǎo)體裝置，圖6b示出了折彎的光導(dǎo)體裝置的透視圖。因此，盡管光導(dǎo)體裝置的光出射面呈箭頭形且傾斜，但光源可例如設(shè)置在共同的、平整的電路板上。將光源設(shè)置在平整的僵硬的電路板上，從成本角度看是非常有利的。本發(fā)明尤其實(shí)現(xiàn)了光導(dǎo)體裝置，它的表面是光滑且明凈的，它的光出射面被均勻地照亮。如果應(yīng)實(shí)現(xiàn)箭頭形非常明顯的照明，優(yōu)選的構(gòu)造方案規(guī)定，以下表面中的一個(gè)這樣成階梯狀，即光導(dǎo)體裝置或集中器的光出射面在弧矢面中大致與行駛方向X垂直。圖7示出了具有光學(xué)元件12的階梯狀的光出射面29的構(gòu)造方案。圖8示出了具有光導(dǎo)體裝置的階梯狀的光出射面30的構(gòu)造方案。即使光出射面呈明顯的箭頭形，這些階梯也能實(shí)現(xiàn)光退耦。其它的構(gòu)造方案規(guī)定，集中器(即光學(xué)兀件12)的光出射面31具有棱鏡或微小棱鏡。這適用于所有構(gòu)造方案，而不是只適用于圖7和8的對(duì)象。圖9示出了一個(gè)實(shí)施方案，其中各自的導(dǎo)光指狀件18通過多個(gè)不同顏色的、可分開操控的光源32 (例如黃色)和34 (例如白色)來供應(yīng)。因此，可節(jié)省成本地借助光導(dǎo)體裝置來實(shí)現(xiàn)不同的信號(hào)功能，如 日光行車燈、閃光燈和具有局部不同光色的輪廓標(biāo)志燈。
因?yàn)槌Ｒ姽鈱?dǎo)體的損失來源在這種構(gòu)造中幾乎不起作用，所以借助這種類型的光導(dǎo)體可達(dá)到非常好的超過50%的效率。圖10描述了導(dǎo)光指狀件18對(duì)直射光的光學(xué)效果，該直射光在此指，光線直接從第一端部20朝第二端部22傳播，其間沒有進(jìn)行反射。圖10詳細(xì)地示出了梯形的導(dǎo)光指狀件18，其具有長度L、在第一端部20上的耦合寬度B1、在第二端部22上的退耦寬度B2。該直射光束在第二端部22上以張角α發(fā)射出來，該張角在很大程度上由長度L和第二端部上的寬度Β2決定。確切地說，更依賴于光學(xué)行程長度L_，對(duì)此適用的是:L_=L X η玻璃+SX η空氣。在此，L是幾何長度，η玻璃是導(dǎo)光指狀件材料的折射率，η空氣是周圍空氣的折射率，s是導(dǎo)光指狀件的第一端部和光源的光出射面之間的氣隙寬度。圖11描述了導(dǎo)光指狀件和所屬光源的虛擬鏡象的幾何構(gòu)造。通過在側(cè)面邊界面(其起第一鏡面36的作用)上映射真實(shí)的導(dǎo)光指狀件18，產(chǎn)生了導(dǎo)光指狀件18和光源16的第一鏡象38。該第一鏡象38在側(cè)面邊界面(其起第二鏡面40的作用)上重新反射，從而產(chǎn)生了導(dǎo)光指狀件18和光源16的第一鏡象42。它現(xiàn)在又可在第一鏡面上反射等等。圖12描述了直射光和光線的光程，該光線在導(dǎo)光指狀件18的鏡面上反射。圖12a示出了圖10的直射光-光程，其張角是αο。圖12b示出了反射光線的光程，其張角是α 和α2。反射的光程看起來好像來自各自反射的光源的虛像。具有張角α I的光程看起來好像來自光源16的虛像，該圖像已通過按圖11的第一反射產(chǎn)生。具有張角α 2的光程看起來好像來自光源16的虛像，該圖像已通過按圖11的第二反射產(chǎn)生。反射光程的張角α 1、α 2通過導(dǎo)光指狀件18的第二端部22的寬度Β2來決定，并通過第二端部18和光源16的鏡象之間的光學(xué)路程來確定。圖13示出了反射和輸入的光束朝光源的配備關(guān)系。圖13a示出了反射光程的總光程以及輸入到導(dǎo)光指狀件18中的光程?？倧埥荿_總從單個(gè)光束的疊加中得出。Rl表示真實(shí)的導(dǎo)光指狀件18及其光源16的第一鏡象，它已通過在其左邊界面上的映射產(chǎn)生，因此該第一鏡象Rl位于右側(cè)上。R2表示第一鏡象Rl的鏡象，即兩次映射的結(jié)果。R3相應(yīng)地表示三次映射的結(jié)果，R4表示四次映射的結(jié)果。真實(shí)的導(dǎo)光指狀件18及其光源16的第一鏡象，它已通過在其左邊界面上的映射產(chǎn)生，因此該第一鏡象Rl位于右側(cè)上。類似地，通過i次映射產(chǎn)生i=l的鏡象Li，其中在導(dǎo)光指狀件18的右邊界面進(jìn)行第一映射，因此鏡象LI位于右側(cè)上。在光輸出時(shí)考慮折射的情況下，作為從外部虛擬光源圖像中產(chǎn)生的光程的邊部光線,產(chǎn)生了總張角α _總的邊部光線。根據(jù)真實(shí)光源16的放射特性，朝兩側(cè)還可看到一個(gè)至兩個(gè)光源圖像。在這種情況下，總會(huì)增大。圖13b示出了，光束如何從屬于光源。在此，光束寬度朝外減小。圖14示出了觀察者在光導(dǎo)體裝置的構(gòu)造方案中看到的光源圖像的數(shù)量。在此構(gòu)造方案中，導(dǎo)光指狀件18的第二端部的寬度是導(dǎo)光指狀件的第一端部的寬度的兩倍大:B2/B1=2。位于更遠(yuǎn)處的觀察者看到，幾乎平行的光從導(dǎo)光指狀件18的第二端部22中輸出來。它相應(yīng)地可看 到第二端部22的寬度的范圍。如果第一端部20和第二端部22的寬度BI和B2的比例是整數(shù)倍，則觀察者在不同的觀察角度下看到大致同樣多的光源:這些信號(hào)燈在不同的角度下呈現(xiàn)出相同的亮度。即，觀察者在不同的觀察角度下感受到相同的照明密度。在此實(shí)施例中，B2/B1=2。因此，觀察者總是看到兩個(gè)光源。在圖14a中，他看到兩個(gè)半個(gè)和一個(gè)整個(gè)光源(1+0.5+0.5=2)，在圖14b中看到兩個(gè)完整的光源。該相互關(guān)系只是大致地適用，因?yàn)樵谟^察者距離較小時(shí)邊部光線不再是平行的，而是在觀察者的方向上明顯聚焦。此外，光源圖像的間距只是大致等距。實(shí)際上，投射間距隨著每次反射按余弦定理減小，而光學(xué)路徑隨每次反射一直擴(kuò)大至退耦面。還參見圖12:光束寬度朝外減小。即，從外看到更多的光源。照明密度在中間當(dāng)然還保持恒定。因?yàn)楣饩€強(qiáng)度在光源(其作為LED是朗博輻射器)中同樣隨余弦降低。圖15示出了觀察者在光導(dǎo)體裝置的另一構(gòu)造方案中看到的光源圖像的數(shù)量。在此構(gòu)造方案中，導(dǎo)光指狀件18的第二端部的寬度是導(dǎo)光指狀件的第一端部的寬度的三倍大:B2/B1=3。那么，在不同的觀察角度下看到三個(gè)光源。如果B2/B1不是整數(shù)，則在不同的觀察角度下看到許多不同的光源:照明密度則按觀察角度而波動(dòng)。結(jié)果得出了以下結(jié)論:總張角α_總的角寬和光學(xué)行程長度L_=L X η玻璃+S Xη空氣以及可見光源的數(shù)量決定了光分布的寬度，即從哪些角度中還可看到信號(hào)燈。光輸出的寬度Β2關(guān)于光輸入的寬度BI確定,觀察者可同時(shí)看到多少個(gè)光源。如果Β2/Β1是小的，則可看到相對(duì)少的光源。如果Β2/Β1是整數(shù)，則從視線角度總是可看到同樣多的光源。因?yàn)樗锌梢姽庠吹臄?shù)量都與單個(gè)光源的張角α有關(guān)，較大的比例Β2/Β1意味著狹窄的、明顯聚焦的光分布。那么可看到許多光源，但只是從前面可看到。相反，Β2/Β1的更小值會(huì)引起較寬的光分布。那么只可同時(shí)看到少數(shù)幾個(gè)光源，但可從多個(gè)方向上看到。因?yàn)楣廨敵龅膶挾圈?在光輸入的寬度BI方面的結(jié)論由于余弦-依賴性只適用于第一反射，但在Β2/Β1的 比例較大時(shí)可從不同的觀察角度估算到更大的不均勻性。同時(shí)可見光源的數(shù)量以及照明密度會(huì)根據(jù)觀察角度而變化。在觀察角度較大時(shí)，該顯現(xiàn)圖像是不均勻的。因此，梯形導(dǎo)光指狀件的光分布的寬度與單個(gè)光束的張角有關(guān)，并與它們是如何重疊有關(guān)。單個(gè)光束的張角決定了，總體上(從所有方向)可看到多少個(gè)光源圖像。根據(jù)Β2/BI的比例，要么以較小的觀察角度(狹窄的光分布)從這些圖像可看到非常多的圖像，要么以較大的觀察角度(寬廣的光分布)看到非常少的圖像。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車燈的一體化光導(dǎo)體裝置(10)，該光導(dǎo)體裝置具有弧矢面以及多個(gè)并排設(shè)置的導(dǎo)光指狀件(18)，其中，每個(gè)導(dǎo)光指狀件都具有用來耦合光線的第一端部(20)和第二端部(22)，該第二端部通到用于多個(gè)導(dǎo)光指狀件的、公共的光導(dǎo)體容積(24)中，其中，每個(gè)導(dǎo)光指狀件具有兩個(gè)彼此相對(duì)而置的邊界面(18. 1、18.2)，并且其中，在每個(gè)邊界面中都具有至少一條直線，該直線將導(dǎo)光指狀件的兩個(gè)端部連接起來，并且其延長線(18. 4)與一直線的延長線(18. 5)具有交點(diǎn)(18. 3)，后面提到的直線將導(dǎo)光指狀件的另一邊界面(18. 2、18. I)的兩個(gè)端部連接起來，其特征在于，所述第一導(dǎo)光指狀件和與之直接相鄰的第二導(dǎo)光指狀件在光導(dǎo)體裝置中這樣定向地設(shè)置，使得所述第一導(dǎo)光指狀件的、滿足在前序部分中提到的條件的邊界面設(shè)置成面對(duì)第二導(dǎo)光指狀件的、同樣滿足在前序部分中提到的條件的邊界面，使得導(dǎo)光指狀件的所述直線在弧矢面中延伸，并且與導(dǎo)光指狀件的第二端部(22)相比，這些直線的交點(diǎn)更靠近第一端部(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，所述邊界面(18.1、18.2)是平坦的表面。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，該集中器設(shè)計(jì)成用來把從第二端部中輸出的光線集中在子午面中，該子午面與弧矢面垂直，該弧矢面通過并排設(shè)置的平面來確定。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器是通過光折射來聚集光線的光學(xué)元件(12)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器是通過全內(nèi)反射來聚集光線的光學(xué)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器是反射器，該反射器的反射面限定了充滿空氣的反射腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器是與光導(dǎo)體裝置分開的部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器是一體化的光導(dǎo)體裝置的材料結(jié)合的組成部分。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器具有平滑的、沒有被邊棱中斷的光出射面。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至8之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，在子午面中起作用的集中器包含帶階梯的光出射面。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，子午面中的導(dǎo)光指狀件的側(cè)壁之間的角度在任何時(shí)候都小于弧矢面中的導(dǎo)光指狀件的側(cè)壁之間的角度，其中，所述子午面相對(duì)弧矢面是垂直的，并且所述子午面通過并排設(shè)置的表面來確定。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，所述弧矢面中的導(dǎo)光指狀件(18)的寬度BI從第一端部(20)朝第二端部(24)持續(xù)地?cái)U(kuò)展至至少兩倍寬，其中，所述弧矢面通過并排設(shè)置的表面來確定。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，所述導(dǎo)光指狀件在其第一端部和其第二端部之間的展開線的長度L是第一端部的寬度BI的5倍至10倍。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，子午面中的光導(dǎo)體裝置設(shè)計(jì)成常規(guī)的光導(dǎo)體，因此光線在該處在兩個(gè)基本上等距的壁板之間通過全內(nèi)反射進(jìn)行傳輸，其中，所述子午面相對(duì)弧矢面是垂直的，并且所述弧矢面通過并排設(shè)置的平面來確定。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的光導(dǎo)體裝置(10)，其特征在于，所有光源都定位在公共的、平坦的電路板上，而光出射面是拱曲或彎曲的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車燈的一體化的光導(dǎo)體裝置，該光導(dǎo)體裝置具有多個(gè)并排設(shè)置的板狀的導(dǎo)光指狀件(18)，其中每個(gè)導(dǎo)光指狀件都具有第一端部(20)和第二端部(22)以及兩個(gè)邊界面，它們這樣地彼此相互對(duì)置，使得獲得梯形形狀。該光導(dǎo)體裝置的特征在于，第一導(dǎo)光指狀件和與之直接相鄰的第二導(dǎo)光指狀件在光導(dǎo)體裝置中這樣定向地設(shè)置，使得第一導(dǎo)光指狀件的邊界面設(shè)置得這樣面向第二導(dǎo)光指狀件的邊界面，使得梯形的光導(dǎo)體并排地安放在平面中。
文檔編號(hào)F21W101/02GK103256564SQ201310052980
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
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