具有帶狀光輸出面的光導(dǎo)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種光導(dǎo)體，具有耦合光學(xué)器件以及光輸出面，該耦合光學(xué)器件布置為使發(fā)散地入射到其上的光這樣耦合到光導(dǎo)體的內(nèi)部，即使耦合光在光導(dǎo)體的內(nèi)部在于第一平面平行的平面以及在第二平面中傳播，其中，每個第二平面由第一平面的法線以及位于第一平面中的直線展開。光這樣耦合，即其在第二平面中與在第一平面中相比具有較小的發(fā)散度且光導(dǎo)體具有位于耦合光學(xué)器件和光輸出面之間的第一偏轉(zhuǎn)面，該第一偏轉(zhuǎn)面使由耦合光學(xué)器件發(fā)出且入射到第一偏轉(zhuǎn)面上的光關(guān)于一角度偏轉(zhuǎn)，該角度大于全反射臨界角的值的兩倍。其他的偏轉(zhuǎn)面由從第一偏轉(zhuǎn)面發(fā)出的光照亮且使由第一偏轉(zhuǎn)面入射過來到其上的光指向用于其他偏轉(zhuǎn)面共同的優(yōu)先方向。
【專利說明】具有帶狀光輸出面的光導(dǎo)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的光導(dǎo)體。這樣的光導(dǎo)體可從DE19925363A1中得知且包括耦合光學(xué)器件，該耦合光學(xué)器件布置為使發(fā)散地入射到其上的光這樣耦合到光導(dǎo)體的內(nèi)部，使耦合光在光導(dǎo)體的內(nèi)部在與第一平面平行的平面中且在第二平面中傳播，其中每個第二平面由第一平面的法線以及位于第一平面中的直線撐開。此夕卜，已知光導(dǎo)體具有帶狀光輸出面。
【背景技術(shù)】
[0002]將發(fā)散理解為光線的擴(kuò)散。從這個意義上說，發(fā)散束為光束，其具有非零的開口角度。與此相反，可以將等于零的開口角度歸入平行光束。
[0003]已知光導(dǎo)體為板狀的且具有膨脹的、彼此平行的邊界面以及狹窄的側(cè)面，它們使板狀邊界面彼此連接。
[0004]第一平面與膨脹邊界面平行，也可將膨脹邊界面稱為板狀光導(dǎo)體的寬側(cè)。第二平面在光導(dǎo)體中這樣與其垂直，使在光導(dǎo)體中延伸的光線在一定程度上位于這種第二平面內(nèi)。因此具有假設(shè)平面，其位置通過光線的方向在光導(dǎo)體中定義。帶狀光輸出面位于已知板狀-平面光導(dǎo)體的窄側(cè)。
[0005]為了在光導(dǎo)體中在指向光輸出面的方向中獲得平行的光傳播，已知對象設(shè)計為，使板狀光導(dǎo)體的與帶狀光輸出側(cè)相對而置的窄側(cè)構(gòu)成為反射器，該反射器在第一平面中、即在平行于該膨脹板狀平面的平面中具有拋物線狀輪廓，且該反射器具有與其垂直的棱柱形輪廓，其使入射的光兩次偏轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，反射器因此使發(fā)散地入射到其上的光作為平行光偏轉(zhuǎn)到與反射器相對而置的板狀光輸出面上。
[0006]該光導(dǎo)體的較大缺點(diǎn)在于，直接徑向地發(fā)射到朝向光輸出面的半空間中的光并不到達(dá)反射器并且因此不平行。但是對于機(jī)動車照明設(shè)備的應(yīng)用來說，即對于前大燈光功能或?qū)τ谛盘柟夤δ軄碚f，期望光輸出面盡可能平行地發(fā)出光且盡可能均勻地(相同亮度)照亮。這樣的光例如具有以下優(yōu)點(diǎn)，即其可通過以下的光學(xué)器件特別簡單地分布在符合規(guī)則的光分布中。此外從設(shè)計角度看，期望一種光導(dǎo)體，其具有帶狀光輸出面，該光輸出面的長度與其寬度之比較大并且滿足這些要求(均勻性、平行性)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]通過權(quán)利要求1的特征來解決該目的。本發(fā)明與上述現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于，耦合光學(xué)器件布置為使光這樣耦合，從而光在第二平面中具有小于第一平面中的分散度且光導(dǎo)體具有位于耦合光學(xué)器件和光輸出面之間的第一偏轉(zhuǎn)面，該第一偏轉(zhuǎn)面使從耦合光學(xué)器件發(fā)出且入射到偏轉(zhuǎn)面上的光偏轉(zhuǎn)一個角度，該角度至少為全反射臨界角的值與系數(shù)2的乘積，且其中光導(dǎo)體具有其他的偏轉(zhuǎn)面，其由從第一偏轉(zhuǎn)面發(fā)出的光照亮且使由第一偏轉(zhuǎn)面入射過來到其上的光指向用于其他偏轉(zhuǎn)面共同的優(yōu)先方向。
[0008]通過該特征，在理想情況下在兩個彼此垂直的平面中實(shí)現(xiàn)光的平行(Parallisierung)0在其中一個平面中的平行化與在另一個平面中的平行在空間上是分離的。
[0009]通過在耦合光學(xué)器件中產(chǎn)生的第一平行，使第二平面中的光傳播平行。同時產(chǎn)生光對于第二平行步驟的預(yù)處理，在第二平行步驟中使光傳播在第一平面中平行。結(jié)果是，第二平行步驟不會影響第一平行步驟的結(jié)果
[0010]由于第一偏轉(zhuǎn)面位于I禹合光學(xué)器件和光輸出面之間，所以由I禹合光學(xué)器件在光導(dǎo)體面向光輸出面的部分中發(fā)出的、在那兒傳播的光在其方向上受到影響。
[0011 ] 該光關(guān)于一個角度(該角度至少為全反射臨界角的值與系數(shù)2的乘積)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)允許，所有入射到第一偏轉(zhuǎn)面上的光偏轉(zhuǎn)到其他的偏轉(zhuǎn)面，而不會有遮光損失。該以此方式由第一偏轉(zhuǎn)面照亮的其他偏轉(zhuǎn)面允許，在那入射的光偏轉(zhuǎn)到用于其他偏轉(zhuǎn)面共同的優(yōu)先方向，而不會有遮光損失。通過該共同的優(yōu)先方向，由在光導(dǎo)體內(nèi)由平行傳播的光組成的光流由發(fā)散地耦合的光產(chǎn)生。如果可能不會達(dá)到完全平行指向(開口角度等于零)，但至少在該方向以光傳播發(fā)散強(qiáng)烈減弱的方式獲得至少良好的接近。
[0012]第一偏轉(zhuǎn)面優(yōu)選這樣構(gòu)成，使其在各個第一平面中并不改變在其上反射的光的傳播方向。
[0013]一個優(yōu)選構(gòu)造的特征在于，耦合光學(xué)器件具有第一反射器，其在第二平面中具有拋物線形狀，該拋物線的焦點(diǎn)位于光源的發(fā)散光束的表面起源點(diǎn)(scheinbarenUrsprungX
[0014]同樣優(yōu)選地，第一反射器在光導(dǎo)體的與光進(jìn)入面相對而置的邊界面中實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)對稱的凹槽。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選地，凹槽的深度相當(dāng)于邊界面之間的間隔的值的40%和60%之間，該間隔在沒有凹槽的情況下存在于凹槽處，光進(jìn)入面位于該邊界面中且其相當(dāng)于光導(dǎo)體的與光進(jìn)入面相對而置的邊界面。
[0016]同樣優(yōu)選地，耦合光學(xué)器件具有第二反射器，其在第一平面中具有半圓形的構(gòu)造，該半圓形構(gòu)造與第一反射器的圓形同心。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選地，第二反射器設(shè)置在光導(dǎo)體的后部部分中且具有頂蓋形的截面，其中頂蓋邊緣反射器的反射面之間的頂角為90°。
[0018]一個備選的優(yōu)選耦合光學(xué)器件具有透鏡狀構(gòu)造的中心區(qū)域且在邊緣區(qū)域具有拋物線狀的外輪廓。
[0019]同樣優(yōu)選地，第一偏轉(zhuǎn)面為光導(dǎo)體邊界面的一部分，且其他偏轉(zhuǎn)面為邊界面的與邊界面相對而置的部分平面。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選地，第一偏轉(zhuǎn)面以及其他偏轉(zhuǎn)面分別與第一平面成一個角度，該角度小于直角和內(nèi)部全反射的臨界角的差。對于38°的內(nèi)部全反射的臨界角來說，每個偏轉(zhuǎn)面和第一平面之間的角度優(yōu)選小于52°。在其他的優(yōu)選構(gòu)造中，該角度等于45°。
[0021]同樣優(yōu)選地，第一偏轉(zhuǎn)面和第二偏轉(zhuǎn)面這樣設(shè)置和對齊，使光在那偏轉(zhuǎn)90°，其中其他偏轉(zhuǎn)面的對齊通過以下方式來確定，即入射的光線、偏轉(zhuǎn)面上的垂直線以及反射光線必須位于同一平面中且反射光線的方向為優(yōu)先方向。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選地，一直線當(dāng)作其他偏轉(zhuǎn)面結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)線來用，第一偏轉(zhuǎn)面沿著該直線在第一平面中對齊。[0023]同樣優(yōu)選地，通過光源的發(fā)射特性以及要求來定義該引導(dǎo)線，單獨(dú)的第一和其他偏轉(zhuǎn)面沿著該引導(dǎo)線在它的投影中設(shè)置在第一平面中，光強(qiáng)度分布在經(jīng)過其他偏轉(zhuǎn)面上的偏轉(zhuǎn)之后變均勻。
[0024]進(jìn)一步優(yōu)選地，引導(dǎo)線具有圓周的一部分的形狀。
[0025]同樣優(yōu)選地，與第一偏轉(zhuǎn)面的屬于具有相對較大光強(qiáng)的部分光束的部分平面相t匕，第一偏轉(zhuǎn)面的用于來自具有相對較小光強(qiáng)的方向的光的部分平面設(shè)置得距離耦合光學(xué)器件較近。
[0026]其他優(yōu)選構(gòu)造的特征在于，引導(dǎo)線具有橢圓形截面的形狀。
[0027]本發(fā)明的另一方面涉及一種具有至少一個光導(dǎo)體的機(jī)動車照明設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，這種照明設(shè)備的特征在于，該光導(dǎo)體具有權(quán)利要求1的特征。
[0028]優(yōu)選地，照明設(shè)備具有至少兩個發(fā)光二極管，它們發(fā)出彼此不同顏色的光且它們在光導(dǎo)體的光進(jìn)入面前方這樣彼此相鄰設(shè)置，使它們的光耦合入同一個光導(dǎo)體容積(Lichtleitervolumen)中。
[0029]從從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中得出其他優(yōu)點(diǎn)。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解，上述和以下還將描述的特征不僅在各自給出的組合中可用，還在其他組合中可用或單獨(dú)可用，而不會脫離本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出且在以下的說明書中進(jìn)一步描述。其中，分別以示意圖的形式示出:
[0032]圖1在縱截面圖中示出根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)體的實(shí)施例；
[0033]圖2根據(jù)圖1的光導(dǎo)體的俯視圖；
[0034]圖3具有徑向非均勻光分布的光導(dǎo)體10的構(gòu)造的俯視圖；
[0035]圖4具有改變的耦合光學(xué)器件的根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)體的實(shí)施例；
[0036]圖5在橫截面圖中示出圖4中的耦合光學(xué)器件；
[0037]圖6根據(jù)本發(fā)明光導(dǎo)體的其他構(gòu)造，其不同之處在于光的離開方向；以及
[0038]圖7機(jī)動車照明設(shè)備中的根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)體的優(yōu)選應(yīng)用。
[0039]相同的附圖標(biāo)記在不同的附圖中表示相同或至少其功能為同類的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1在縱截面圖中示出根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)體10的實(shí)施例。這樣來選擇該截面，使其示例性地示出位于光導(dǎo)體邊界面16中的光進(jìn)入面和光導(dǎo)體的光輸出面18之間的光12、14的完整光線路徑。圖1中，該截面平面相當(dāng)于右手笛卡爾坐標(biāo)系的y-ζ平面。在本申請意義上，這同時也是多個第二平面中的一個。
[0041]圖2以其完整形式、即非切割形式示出根據(jù)圖1的光導(dǎo)體10的俯視圖。圖2的附圖平面同時為本申請意義上的第一平面或至少與其平行。
[0042]兩幅附圖特別是示出了由光導(dǎo)體10和光源20組成的結(jié)構(gòu)。光源在光導(dǎo)體的光進(jìn)入面前方這樣緊密地設(shè)置，使從其發(fā)出的光作為發(fā)散的光束進(jìn)入光導(dǎo)體。光進(jìn)入面在此是邊界面16的朝向光源的光輸出面的相對部分。光源優(yōu)選為半導(dǎo)體光源。半導(dǎo)體光源具有一個或多個發(fā)光二極管或激光二極管。其優(yōu)選具有近似平坦的光輸出面。對于機(jī)動車照明設(shè)備，優(yōu)選使用半導(dǎo)體光源，其光輸出面具有幾百微米至約2mm的邊緣長度。光輸出面通常緊密地但非接觸地設(shè)置在光進(jìn)入面前方，例如以一絲米數(shù)量級的間距。由此獲得非常高效的光耦合，其中幾乎所有由光源發(fā)出的光都耦合到光導(dǎo)體中。
[0043]光導(dǎo)體10具有耦合光學(xué)器件22。耦合光學(xué)器件具有光進(jìn)入面、第一反射器24和第二反射器26。
[0044]發(fā)散地入射到耦合光學(xué)器件上的光為由光源發(fā)出的光束，其通過光進(jìn)入面進(jìn)入光導(dǎo)體的內(nèi)部。在空氣中，在具有朗伯型(Lambert’-scher)發(fā)射特性的LED中朝向光源的光輸出面的垂直線測量的開口角度為90°。該開口角度在耦合到光密的光導(dǎo)體材料中時下降到約42° (PMMA中時)，以及下降到約39° (PC中時)。由于較大的折射，對于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明來說PC優(yōu)選為光導(dǎo)體材料。當(dāng)旋轉(zhuǎn)對稱的第一反射器24的焦距較短時，第一反射器能夠使39°錐體的所有光線通過內(nèi)部全反射在第二平面平行。
[0045]第一平面在圖1和2的對象中是右手笛卡爾坐標(biāo)系的x-z平面。圖2的附圖平面相當(dāng)于這樣的第二平面。第二平面為該坐標(biāo)系的y-ζ平面。因此，第二平面由第一平面的法線以及位于第二平面中的直線展開，其中該法線的最低點(diǎn)為直線的一點(diǎn)。圖1的附圖平面為這樣的第二平面。
[0046]第一反射器在第二平面中優(yōu)選具有拋物線形狀，其焦點(diǎn)位于光源的發(fā)散光束的表面起源點(diǎn)。該表面起源點(diǎn)近似于光源的光輸出面的中心。但其與該處存在細(xì)微差別，因為由光源發(fā)出的光在進(jìn)入光密的光導(dǎo)體中時朝向垂直線折射。
[0047]在與第一平面平行的平面中，第一反射器優(yōu)選具有圓形輪廓，因此第一反射器24使入射到其上的光在平行于x-z平面的第一平面中有規(guī)律地且因此均勻地分布在整個圓上的角方向中。
[0048]因此結(jié)果是，耦合光學(xué)元件這樣布置，使發(fā)散地入射到其上的光這樣耦合到光導(dǎo)體的內(nèi)部，從而使其在第二平面具有小于第一平面的發(fā)散度。在所示的構(gòu)造中，光在第二平面中平行傳播，而其在第一平面中徑向傳播。
[0049]通過第一反射器的拋物線形狀在第二平面中的作用，發(fā)散度在第二平面中大幅減小。在理想情況下，在第二平面中得到平行傳播的光，例如其通過光線路徑12和14，或通過這些光線路徑在第一反射器24上的反射之后位于在光路中的部分來表示。通過在整個圓上的角方向中的均勻分布，在第一平面中得到始終大于第二平面中的發(fā)散度。在一個這樣的分布中，嚴(yán)格來說在第一平面中的發(fā)散度并沒有減小，因為通過第一反射器的在第一平面中呈圓形的輪廓的反射，并沒有改變光在第一平面內(nèi)的角度分布。
[0050]將圖1和2彼此連接的虛線在兩幅圖中穿過光源的光輸出面的中心延伸，且因此在該兩幅圖之間產(chǎn)生聯(lián)系。由于該虛線垂直穿透優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為發(fā)光二極管的光源的光輸出面，因此以下也將其成為LED軸28。在圖1和2示出的實(shí)施例中，LED軸28使朝向光導(dǎo)體光輸出面的前端部分或半空間30與光導(dǎo)體10的背向光導(dǎo)體的光輸出面的后端部分或半空間32分離開來。
[0051]第二反射器26設(shè)置在光導(dǎo)體的后端部分32中且由于其在圖1中可看出的頂蓋形橫截面在以下也稱為頂蓋邊緣反射器。其具有兩個彼此垂直頂靠的反射面。頂蓋反射器的反射面之間的在圖1中示為邊緣的頂角為90°。頂蓋邊緣反射器在所有的第二平面中都具有該橫截面。
[0052]在第一平面中，即例如在圖2的附圖平面中，頂蓋反射器26具有半圓形構(gòu)造，其通過半圓來看與第一反射器24的圓形同心且因此與LED軸32同心。由于該特殊形狀，頂蓋邊緣反射器使由第一反射器徑向入射的光反射回相同的徑向(第二)平面中。該反射光在第二平面中兩次緊接著成直角地偏轉(zhuǎn)到其各個入射方向，從而其在第一反射器和光進(jìn)入面之間穿過并且返回到前方的、朝向光導(dǎo)體的光輸出面的部分或半空間中。結(jié)果是，在頂蓋邊緣反射器上反射的光線在第二平面內(nèi)部與在第二平面內(nèi)部入射的光線平行偏置地返回。在第一平面中，反射光線具有與入射光相同的角度且在相同的半徑上延伸。這可以從圖1中的光線路徑中看出。光線路徑12表示從第一反射器直接反射到第一半空間30中的光。光線路徑14表示從第一反射器24首先反射到第二半空間32中的光。
[0053]第一反射器在光導(dǎo)體的與光進(jìn)入面相對而置的邊界面34中實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)對稱的凹槽。優(yōu)選通過圍繞旋轉(zhuǎn)軸32旋轉(zhuǎn)的拋物線分支來產(chǎn)生該形狀，該旋轉(zhuǎn)軸穿過光源的光輸出面的中心且穿過拋物線的焦點(diǎn)。拋物線的主軸橫向于旋轉(zhuǎn)軸。凹槽的深度優(yōu)選相當(dāng)于在凹槽處存在的邊界面16之間的間隔的40%至60%之間的值，光進(jìn)入面位于該邊界面中且其相當(dāng)于光導(dǎo)體的與光進(jìn)入面相對而置的邊界面34。
[0054]如果將光導(dǎo)體的朝向光導(dǎo)體的光輸出面18的半空間30劃分成光源側(cè)的下端部分容積以及反射側(cè)的上端部分容積，則所述反射最終導(dǎo)致，由第一反射器首先反射到后部半空間中的光這樣由頂蓋邊緣反射器反射，使其在前端部分的下端部分容積中以相同的角度分布傳播到第一平面中，就像在上端部分容積中傳播的、由第一反射器直接反射到第一半空間中的光一樣。就第二平面而言，該光彼此平行地傳播到兩個部分容積中，就像通過圖1中反射器24右側(cè)的光線路徑12、14的平行軌跡表示的一樣。
[0055]除了導(dǎo)致第二平面中平行化的耦合光學(xué)元件之外，光導(dǎo)體還具有第一偏轉(zhuǎn)面36，其使耦合的且入射到其上的光偏轉(zhuǎn)。該偏轉(zhuǎn)優(yōu)選關(guān)于一角度產(chǎn)生，該角度至少為全反射臨界角的值與系數(shù)2的乘積。在示出的構(gòu)造中，第一偏轉(zhuǎn)面為邊界面16的一部分。進(jìn)一步地，光導(dǎo)體10具有其他偏轉(zhuǎn)面38，其由從第一偏轉(zhuǎn)面36發(fā)出的光照亮且使由第一偏轉(zhuǎn)面入射過來到其上的光指向優(yōu)先方向。該優(yōu)先方向在示出的構(gòu)造中相當(dāng)于Z-方向。其他偏轉(zhuǎn)面38在示出的構(gòu)造中分別為與邊界面16相對而置的邊界面34的部分平面。在圖示的構(gòu)造中，定位結(jié)構(gòu)40從兩個邊界面凸起,該定位結(jié)構(gòu)能夠可選地或補(bǔ)充地實(shí)施為凹槽。
[0056]圖1和2、特別是圖2說明了第一平面中的光的平行化效應(yīng)。在示例性地示出的光線路徑12和14中傳播的光在第一偏轉(zhuǎn)面36上分別偏轉(zhuǎn)到y(tǒng)_方向。接著，該光從其他偏轉(zhuǎn)面38偏轉(zhuǎn)到Z-方向且由此平行化，這涉及到其在第一平面中的傳播。
[0057]光束通過兩次關(guān)于一角度反射引起的所述平行化，要求各個其他偏轉(zhuǎn)面38以一定方式彼此相對設(shè)置且朝向各個偏轉(zhuǎn)面單獨(dú)的入射光，該角度至少為全反射臨界角的值與系數(shù)2的乘積，其中該反射在第一偏轉(zhuǎn)面36以及分別在其他偏轉(zhuǎn)面38的一個上產(chǎn)生。這些其他偏轉(zhuǎn)面38必須特別地在一定程度上始終在優(yōu)先方向上看到。由此來確定其位置，即入射光線、偏轉(zhuǎn)面的垂直線和反射光線必須位于同樣的平面中并且確定反射光線的方向和入射光線的方向。一直線當(dāng)作其他偏轉(zhuǎn)面38結(jié)構(gòu)的弓I導(dǎo)線來用，第一偏轉(zhuǎn)面36沿著該直線在第一平面中對齊。通過所述的兩次偏轉(zhuǎn)，從在平面中徑向發(fā)散的光束中產(chǎn)生自身平行對齊且均勻的光流。在優(yōu)選的構(gòu)造方案中，分別偏轉(zhuǎn)90°。[0058]類似地，在三維空間中通過三次分別關(guān)于90°的偏轉(zhuǎn)使空間的球形發(fā)射轉(zhuǎn)換為自身平行對齊且均勻的光束。
[0059]在圖1和2的對象中，由于光關(guān)于角度的均勻分布，徑向的光傳播產(chǎn)生了圓周的一部分，其作為用于第一偏轉(zhuǎn)面和其他偏轉(zhuǎn)面的引導(dǎo)線。
[0060]圖3示出光導(dǎo)體10的構(gòu)造的俯視圖。在該構(gòu)造中，光線42、44、46的長度為包括這些光線的部分光束的光強(qiáng)的大小。在不出的實(shí)施例中，外側(cè)光強(qiáng)(光線42、46)特別地大于內(nèi)側(cè)光強(qiáng)(光線44)。這是橢圓形光分布的一個實(shí)施例。從耦合光學(xué)器件發(fā)出的光的光分布在Z-方向小于在X-方向。
[0061]在這樣的非均勻光強(qiáng)度分布中優(yōu)選地，可由各個部分平面36.1,36.2，......組成的
第一偏轉(zhuǎn)面36沿著橢圓形引導(dǎo)線設(shè)置。對于具有相對較小光強(qiáng)的方向44來說，與屬于具有較大光強(qiáng)的部分光束的第一偏轉(zhuǎn)面的部分平面相比，第一偏轉(zhuǎn)面的所屬的部分平面設(shè)置得離耦合光學(xué)器件較近。其他偏轉(zhuǎn)面38自然這樣設(shè)置在此處，使其由從第一偏轉(zhuǎn)面出來的光照亮。它們對于描述的偏轉(zhuǎn)來說同樣沿著橢圓形引導(dǎo)軌道設(shè)置。在平行于第一平面入射到第一偏轉(zhuǎn)面36上的以及平行于第一平面從其他偏轉(zhuǎn)面38反射的光中，第一偏轉(zhuǎn)面和和其他偏轉(zhuǎn)面分別與第一平面成一個角度，該角度最大為直角和全反射臨界角的差值。如果在偏轉(zhuǎn)面上的偏轉(zhuǎn)圍繞一個角度產(chǎn)生，且該角度為全反射臨界角的兩倍，則正好產(chǎn)生該最大值。
[0062]最終通過光源的發(fā)射特性以及要求來定義該引導(dǎo)線，單獨(dú)的第一和其他偏轉(zhuǎn)面沿著該引導(dǎo)線在它的投影中設(shè)置在第一平面中，光強(qiáng)度分布在經(jīng)過其他偏轉(zhuǎn)面上的偏轉(zhuǎn)之后應(yīng)變均勻。
[0063]始終由以下方式來定義發(fā)生了各偏轉(zhuǎn)的平面，即其垂直線、入射光線和反射光線位于一平面中。第一偏轉(zhuǎn)面的偏轉(zhuǎn)平面因此尤其通過入射的徑向光線和y_方向來定義，因為y-方向定義了在第一偏轉(zhuǎn)面上反射光線的方向。第二偏轉(zhuǎn)面的偏轉(zhuǎn)平面通過y_方向和Z-方向來定義，因為y_方向給出入射光線的方向且Z-方向給出反射光線的方向。
[0064]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)體50的其他實(shí)施例的俯視圖?？梢姷钠矫嬖诖似叫杏谇笆稣f明書意義上的第一平面。該實(shí)施例與前述實(shí)施例的不同之處首先在于不同的耦合光學(xué)器件。光源20在圖4的對象中緊密地設(shè)置在其他平坦光導(dǎo)體的窄側(cè)52的前方。
[0065]通過不同的耦合光學(xué)器件，還伴隨著在耦合光學(xué)器件和第一偏轉(zhuǎn)面之間傳播的光的不同光強(qiáng)分布。
[0066]在圖4中，耦合光具有與進(jìn)入面的垂直線約40°的開口角度，其中開口角度的準(zhǔn)確值取決于光導(dǎo)體材料的折射指數(shù)。
[0067]同樣在開口角度內(nèi)，該光在這種類型的耦合中非均勻地分布在開口角寬度上。相反，在光束的中心主要發(fā)射方向上出現(xiàn)最大光強(qiáng)，接著該最大光強(qiáng)光流強(qiáng)度朝光束邊緣輕微下降。如上述已經(jīng)描述的，第一偏轉(zhuǎn)面優(yōu)選沿著引導(dǎo)線設(shè)置，其產(chǎn)生為耦合光的非均勻光強(qiáng)度分布的圖。特別地，用于具有較大光流強(qiáng)度的部分光束的第一偏轉(zhuǎn)面的部分平面相比于用于具有較小光流強(qiáng)度的部分光束的第一偏轉(zhuǎn)面的部分平面設(shè)置地離光耦合的中心較遠(yuǎn)。
[0068]在圖4中特別地，第一偏轉(zhuǎn)面的中心部分平面與第一偏轉(zhuǎn)面的向外較遠(yuǎn)的部分平面相比設(shè)置地離光源較遠(yuǎn)。第一偏轉(zhuǎn)面的部分平面在此為通過實(shí)線示出的部分平面，而其他偏轉(zhuǎn)平面在那以虛線形式示出。產(chǎn)生了與圓弧形狀不同的引導(dǎo)線60。用于第二平行化的偏轉(zhuǎn)面在具有較大光流密度的方向中與在具有較小光流密度的方向中相比，設(shè)置地離耦合光學(xué)器件較遠(yuǎn)。當(dāng)反射到共同優(yōu)先方向中的其他偏轉(zhuǎn)面對于不同入射方向的大小相同時，由此產(chǎn)生光流密度區(qū)別的補(bǔ)償。第二平行化特別額外地允許平行光的光流密度的均勻化。
[0069]在光輸出面(圖1的附圖標(biāo)記18)上能夠照常實(shí)施圓柱形、墊、棱鏡或其他自由形狀平面，從而得到期望的取決于角度的光分布。因此例如從看起來帶狀且均勻亮度照亮的光輸出面18得到對于機(jī)動車燈的信號燈光功能來說符合規(guī)則的光分布。
[0070]圖4b示出穿過圖4中實(shí)施例的橫截面。圖1和4b的比較示出，圖1中的第一偏轉(zhuǎn)面和其他偏轉(zhuǎn)面的相疊結(jié)構(gòu)在圖4b的對象中正好相反。所述功能與該結(jié)構(gòu)無關(guān)。
[0071]圖5在橫截面圖中示出圖4中光導(dǎo)體50的耦合光學(xué)器件，該橫截面平行于本說明書意義中的第二平面。耦合光學(xué)器件具有透鏡狀構(gòu)成的中心區(qū)域54且在其邊緣區(qū)域具有拋物線狀的外輪廓56。透鏡狀構(gòu)成的中心區(qū)域這樣構(gòu)成，使通過其進(jìn)入的光58通過折射而平行化。邊緣區(qū)域這樣構(gòu)成，使通過耦合區(qū)域的內(nèi)平面進(jìn)入的光60通過內(nèi)部全反射而平行化。在三維中通過使在圖5中示出的橫截面圍繞軸57關(guān)于180°的角度旋轉(zhuǎn)而得到耦合光學(xué)器件。整體上通過該耦合光學(xué)器件達(dá)到，光在圖5的附圖平面中平行傳播，該附圖平面相當(dāng)于至此描述的的第二平面。
[0072]圖6a，6b和6c示出光導(dǎo)體的其他構(gòu)造。這些附圖展示，圖1中的耦合光學(xué)器件和光源也能夠在x-z平面上鏡像地設(shè)置在圖1中的其它未改變的光導(dǎo)體10中。圖6b說明了，光在離開時還能夠經(jīng)歷偏轉(zhuǎn)。圖6c示出了，光在離開之前能夠可選地或補(bǔ)充地獲得平行偏移。在圖6的對象中，為此所必需的偏轉(zhuǎn)是通過與入射光傾斜設(shè)置的平坦鏡像平面來實(shí)現(xiàn)。因為其在反射時并沒有改變?nèi)肷涔獾慕嵌确植?，因此保留了至此獲得的平行性和均勻性。
[0073]光導(dǎo)體特別地能夠在位于其他偏轉(zhuǎn)面之間的光路中的部分中具有空間上彎曲的軌跡。
[0074]在優(yōu)選構(gòu)造中，光輸出面14的長度分別大于其四倍的寬度，特別是大于其六倍寬度，特別優(yōu)選地大于其八倍寬度。該數(shù)據(jù)與光導(dǎo)體容積有關(guān)，該光導(dǎo)體容積由光源供給光，該光源是單獨(dú)的半導(dǎo)體光源或是多個半導(dǎo)體光源在空間上組裝的結(jié)構(gòu)。圖1至6表示這樣的光導(dǎo)體的構(gòu)造。
[0075]只要使用多個在空間上彼此隔開的光源，則每個光源分配有光導(dǎo)體容積，其中這樣的結(jié)構(gòu)能夠看作元件單元6。在一個這樣的情況中優(yōu)選地，上述給出的比例適用于每個元件單元。每個元件單元能夠設(shè)置有兩個發(fā)出彼此不同顏色的光的發(fā)光二極管，它們這樣近地相鄰設(shè)置，使它們的光耦合到同一個光導(dǎo)體容積中。因此根據(jù)兩個發(fā)光二極管中的哪個被導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)不同的光功能，例如日間行車燈、定位輪廓燈和/或閃光燈。在尾燈中，能夠在該意義中設(shè)置三個發(fā)光二極管，其中一個發(fā)白光，一個發(fā)紅光，一個發(fā)黃光。
[0076]本發(fā)明的構(gòu)造具有光導(dǎo)體，其由在圖1-6中的多個光導(dǎo)體組裝而成。因此例如能夠在X方向上并排地設(shè)置多個這樣的光導(dǎo)體作為較大光導(dǎo)體的元件單元，借此能夠形成特別長且窄的照亮光輸出面。
[0077]圖7在截面視圖中詳細(xì)示出根據(jù)本發(fā)明的光導(dǎo)體在機(jī)動車照明設(shè)備I中的優(yōu)選應(yīng)用。機(jī)動車照明設(shè)備I包括具有本發(fā)明特征的光導(dǎo)體10。在圖2中，光導(dǎo)體相當(dāng)于圖1中的光導(dǎo)體10，而不應(yīng)理解為對光導(dǎo)體的限制。參考結(jié)合圖1給出的方向，圖2的截面位于光導(dǎo)體10的y-Z平面中。機(jī)動車照明設(shè)備18包括具有光輸出孔的殼體2，該光輸出孔由透明防塵蓋3遮蓋。該光導(dǎo)體的光輸出面朝向防塵蓋。
[0078]現(xiàn)代機(jī)動車照明設(shè)備提供信號燈光功能和/或前大燈光功能。信號燈光功能用于通知其他交通參與者機(jī)動車的存在和/或其駕駛員的意圖。相反，前大燈光功能用于照亮機(jī)動車車道上的物體且因此使駕駛員注意到該物體。光分布的產(chǎn)生也稱為光功能。通常照明裝置憑借一個或多個設(shè)置在這種照明設(shè)備中的光模塊來滿足多個光功能。在具有曲線的前大燈(其具有箭頭狀的機(jī)動車車頭)中，優(yōu)選傾斜地設(shè)置光導(dǎo)體設(shè)備。優(yōu)選通過耦合單元的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)或通過光輸出面階梯狀的設(shè)計來補(bǔ)償不期望的折射。
[0079]在此介紹的本發(fā)明優(yōu)選用于滿足信號燈光功能，例如用于滿足日間行車燈光功能或閃光燈光功能。根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備除了通過本發(fā)明滿足的燈功能之外是否還滿足其他光功能，并不重要。
[0080]具有在此描述的光導(dǎo)體的照明設(shè)備同時被視為本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的構(gòu)造能夠特別是用于閃光燈或日間行車燈光功能的獨(dú)立車頭燈，或其能夠是滿足多個光功能的前大燈或尾燈。
[0081]根據(jù)本發(fā)明，該照明設(shè)備的特征在于，其包括具有權(quán)利要求1特征或具有根據(jù)本發(fā)明光導(dǎo)體構(gòu)造特征的光導(dǎo)體。
[0082]在此優(yōu)選地，照明設(shè)備具有至少兩個發(fā)光二極管，它們發(fā)出彼此不同顏色的光且在光導(dǎo)體的光進(jìn)入面前方這樣近地彼此相鄰設(shè)置，使它們的光進(jìn)入同一個的光導(dǎo)體容積中。因此能夠通過交替導(dǎo)通一個或其他的發(fā)光二極管來憑借同一個的光導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同的光功能。
【權(quán)利要求】
1.一種光導(dǎo)體(10),具有f禹合光學(xué)器件(24、26)以及光輸出面(18),該f禹合光學(xué)器件布置為使發(fā)散地入射到其上的光這樣耦合到光導(dǎo)體的內(nèi)部，即使耦合光(12、14)在光導(dǎo)體的內(nèi)部在于第一平面平行的平面以及在第二平面中傳播，其中每個第二平面由第一平面的法線以及位于第一平面中的直線展開，其特征在于，耦合光學(xué)器件布置為使光這樣耦合，即其在第二平面中與在第一平面中相比具有較小的發(fā)散度且光導(dǎo)體具有位于耦合光學(xué)器件和光輸出面(18)之間的第一偏轉(zhuǎn)面(36),該第一偏轉(zhuǎn)面使由I禹合光學(xué)器件發(fā)出且入射到第一偏轉(zhuǎn)面上的光關(guān)于一角度偏轉(zhuǎn)，該角度至少為全反射臨界角的值與系數(shù)2的乘積且其中光導(dǎo)體具有其他的偏轉(zhuǎn)面(38)，其由從第一偏轉(zhuǎn)面發(fā)出的光照亮且使由第一偏轉(zhuǎn)面入射過來到其上的光指向用于其他偏轉(zhuǎn)面共同的優(yōu)先方向(z )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)體(10)，其特征在于，第一反射器在第二平面中具有拋物線形狀，其焦點(diǎn)位于光源的發(fā)散光束的表面起源點(diǎn)。
3.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10),其特征在于,第一反射器在光導(dǎo)體的與光進(jìn)入面相對而置的邊界面(34)中實(shí)現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)對稱的凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光導(dǎo)體(10)，其特征在于，凹槽的深度相當(dāng)于邊界面之間的間隔的值的40%和60%之間，該間隔在沒有凹槽的情況下存在于凹槽處，光進(jìn)入面位于該邊界面中且其相當(dāng)于光導(dǎo)體的與光進(jìn)入面相對而置的邊界面。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10)，其特征在于，第二反射器在第一平面中具有半圓形的構(gòu)造，其與第一反射器(24)的圓形同心。
6.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10)，其特征在于，第二反射器(26)設(shè)置在光導(dǎo)體的后端部分(32)中且具有頂蓋形的截面.
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)體(50)，其特征在于，耦合光學(xué)器件具有透鏡狀構(gòu)造的中心區(qū)域(54)且在邊緣區(qū)域具有拋物線狀的外輪廓(56)。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10;50),其特征在于,第一偏轉(zhuǎn)面為光導(dǎo)體邊界面(16)的一部分，且其他偏轉(zhuǎn)面(38)為邊界面(34)的與邊界面(16)相對而置的部分平面。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10;50),其特征在于,第一偏轉(zhuǎn)面和其他偏轉(zhuǎn)面分別與第一平面成一角度。
10.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10;50),其特征在于,第一偏轉(zhuǎn)面和第二偏轉(zhuǎn)面這樣設(shè)置和對齊，使光在那偏轉(zhuǎn)90°，其中其他偏轉(zhuǎn)面(38)的對齊通過以下來確定，即入射的光線、偏轉(zhuǎn)面的垂直線以及反射光線必須位于同一平面中且反射光線的方向為優(yōu)先方向。
11.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10;50)，其特征在于，一直線當(dāng)作其他偏轉(zhuǎn)面(38)結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)線(60)來用，第一偏轉(zhuǎn)面(36)沿著該直線在第一平面中對齊。
12.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的光導(dǎo)體(10;50)，其特征在于，通過光源的發(fā)射特性以及要求來定義該引導(dǎo)線(60)，單獨(dú)的第一和其他偏轉(zhuǎn)面沿著該引導(dǎo)線在它的投影中設(shè)置在第一平面中，光強(qiáng)度分布在經(jīng)過其他偏轉(zhuǎn)面上的偏轉(zhuǎn)之后變均勻。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光導(dǎo)體(10;50)，其特征在于，引導(dǎo)線(60)具有圓周的一部分的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求11和12中任一項所述的光導(dǎo)體(10;50),其特征在于,與第一偏轉(zhuǎn)面的屬于具有相對較大光強(qiáng)的部分光束的部分平面相比，第一偏轉(zhuǎn)面(36 )的用于來自具有相對較小光強(qiáng)的方向(44)的光的部分平面設(shè)置得距離耦合光學(xué)器件較近。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)體(10;50)，其特征在于，引導(dǎo)線(60)具有橢圓形截面的形狀。
16.—種機(jī)動車照明設(shè)備,具有至少一個光導(dǎo)體,其特征在于,光導(dǎo)體具有權(quán)利要求1的特征。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的機(jī)動車照明設(shè)備，其特征在于，照明設(shè)備具有至少兩個發(fā)光二極管，它們發(fā)出彼此不同顏色的光且它們在光導(dǎo)體的光進(jìn)入面前方這樣彼此相鄰設(shè)置，使它們的光耦 合入相同的光導(dǎo)體容積中。
【文檔編號】F21V8/00GK103885116SQ201310692525
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】M·格鮑爾 申請人:汽車照明羅伊特林根有限公司