CZ305651B6 - Světelné zařízení - Google Patents

Abstract

Světelné zařízení motorových vozidel obsahuje protáhlý světlovod (2) a světelný LED zdroj (1), uložený ve vstupní části (3) světlovodu (2), pro vysílání světelného svazku do světlovodu (2). Vstupní část (3) světlovodu (2) je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů (11, 21), přičemž světelné LED zdroje (1) jsou umístěny v prvních ohniscích (15, 25) elipsoidů (11, 21) pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz od eliptických stěn (13, 23) elipsoidů (11, 21) do druhých ohnisek (16, 26) elipsoidů (11, 21) ležících ve světlovodu (2). Vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) je u alespoň jednoho z elipsoidů (11, 21) jiná než vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) u některého z ostatních elipsoidů (11, 21).

Description

(54) Název vynálezu:

Světelné zařízení (57) Anotace:

Světelné zařízení motorových vozidel obsahuje protáhlý světlovod (2) a světelný LED zdroj (1), uložený ve vstupní části (3) světlovodu (2), pro vysílání světelného svazku do světlovodu (2). Vstupní část (3) světlovodu (2) je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů (11,21), přičemž světelné LED zdroje (1) jsou umístěny v prvních ohniscích (15, 25) elipsoidů (11,21) pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz od eliptických stěn (13, 23) elipsoidů (11, 21) do druhých ohnisek (16, 26) elipsoidů (11,21) ležících ve světlovodu (2). Vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) je u alespoň jednoho z elipsoidů (11, 21) j iná než vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) u některého z ostatních elipsoidů (11,21).

Světelné zařízení

Oblast techniky

Vynález se týká světelného zařízení motorových vozidel, tvořeného světelným LED zdrojem a protáhlým světlovodem, přičemž světelný LED zdroj je uložen ve vybrání vstupní části světlovodu pro vysílání světelného svazku do světlovodu.

Dosavadní stav techniky

V oblasti světelné techniky se jako světelný zdroj namísto konvenčních halogenových žárovek často užívají světelné diody, označované zkratkou LED. Světelné LED zdroje nalezly široké použití i ve svítilnách motorových vozidel. Světelné LED zdroje však vydávají malou světelnou intenzitu a proto se instalují ve větších počtech v plošném uspořádání, aby se celková intenzita světelného toku zvýšila. Mezi svítilnami motorových vozidel zaujímají zvláštní místo světlovody, které jsou svým podlouhlým tvarem určeny zejména pro vytváření světelných linií, umisťovaných po obvodu světlometů nebo samostatně pro vytvoření varovného světla např. pozičního, brzdového, odbočovacího nebo orientačního denního světla. V současné době světlovody často plní signální světelné funkce, u kterých je vyšší požadavek na světelný tok, jako např. denní svícení ve světlometech a zadní brzdové a směrové světlo ve svítilnách. Světelné LED zdroje se užívají i pro přivedení světla do světlovodů motorových vozidel. Umísťují se na čelo světlovodu nebo se instalují do vybrání vstupní části světlovodů. Z důvodu malého průměru světlovodu je v zásadě možné použít pouze jeden světelný LED zdroj v jedné vstupní části světlovodu. Rozměry většiny LED diod na trhu neumožňují použití více, než jedné diody na vstupní části světlovodu. Nově jsou na trhu k dispozici bílé LED diody s miniaturními rozměry a dostatečným výkonem pro světlovodové aplikace. Užitím těchto miniaturních LED diod se dosáhne řešení, podle kterého se na jeden vstup světlovodu umístí dvě a více těchto LED diod. Užití více než jedné LED diody na vstupu světlovodu je možné pouze za předpokladu rovné vstupní plochy světlovodu a není možné použít žádný typ kolimátoru zejména k zúžení optické charakteristiky LED diody a následnému šíření světla ve světlovodu. Toto řešení je možné použít jen pro výkonové aplikace jako je např. denní svícení. LED diody zatím nejsou dostupné pro červené světlo, tedy zdroje potřebné pro aplikace světlovodů v zadních skupinových svítilnách pro funkci „stop“. Světelný tok ve světlovodu se světelným LED zdrojem uspořádaným na čele světlovodu nemusí být již dostatečný. Pro zvýšení světelného toku mívá proto vstupní část světlovodu parabolický tvar, který kolimuje světlo do směru optické osy. Světlovody však mají malý průměr a ani parabolický tvar vstupní části nezajišťuje dostatečný světelný tok ani efektivní rozdělení světla v světlovodu.

Ze spisu US7766507 je známa tvarovaná kolimační čočka s více eliptickými plochami pro kolimaci světelného toku ze světelného LED zdroje do směru optické osy kolimační čočky. Strana kolimační čočky, přivrácená ke světelnému LED zdroji má sférické vybrání, v jehož středu je uspořádán světelný LED zdroj. Paprsky vycházející ze světelného LED zdroje tudíž vstupují stěnou sférického vybrání do kolimační čočky bez lomu. Na svém vnějším obvodu má kolimační čočka tvar prvního elipsoidu, jehož první ohnisko leží rovněž ve středu sférického vybrání, ve kterém je uspořádán světelný LED zdroj. Strana kolimační čočky, odvrácená od světelného LED zdroje, je v obvodové oblasti tvořena výsečí druhého elipsoidu ležícího uvnitř prvního elipsoidu a ve středové oblasti kolem optické osy je tvořena vrcholem třetího elipsoidu, orientovaným v opačném směru proti prvnímu a druhému elipsoidu. Část paprsků, vycházejících ze světelného LED zdroje v obvodové oblasti dopadá na vnitřní eliptickou plochu prvního elipsoidu, láme se pod ostrým úhlem k optické ose a průchodem eliptickou plochou druhého elipsoidu se kolimuje do směru optické osy. Část paprsků vycházejících ze světelného LED zdroje ve středové oblasti dopadá na vnitřní eliptickou plochu třetího elipsoidu a průchodem vnitřní eliptickou plochu třetího elipsoidu se láme do směru optické osy. Pro zesílení světelného toku jsou kolimační čočky seřazeny plošně vedle sebe, přičemž kolimační čočky usměrňují paprsky svých světelných LED

- 1 CZ 305651 B6 zdrojů do směrů, rovnoběžných s optickou osou světelného zařízení. Kolimační čočky podle spisu US7766507 kolimují světlo LED zdroje výrazně do směru optické osy a v plošném uspořádání jsou proto určeny pro plošné osvětlení a projekci. Využití jednotlivých kolimačních čoček pro světlovody motorových vozidel se jeví obtížné zejména z důvodu přílišné velikosti.

Vynález si klade za cíl odstranit nedostatky dosavadního stavu techniky, zvýšit účinnost LED světelného zdroje, zlepšit soustředění světelných paprsků LED světelného zdroje do světlovodu, zabránit ztrácení světla ze světelného zdroje ve světlovodu, dosáhnout lepšího rozložení a lepší homogenity světelného svazku, šířícího se světlovodem. Cílem vynálezu je rovněž umožnit využití standardních typů světelného LED zdroje pro napájení světlovodů určených pro světelné funkce a dosáhnout vyšších světelných toků.

Podstata vynálezu

Cíl vynálezu splňuje světelné zařízení motorových vozidel podle vynálezu, obsahující protáhlý světlovod a světelný LED zdroj, uložený ve vstupní části světlovodu, pro vysílání světelného svazku do světlovodu, jehož podstata spočívá v tom, že vstupní část světlovodu je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů, přičemž světelné LED zdroje jsou umístěny v prvních ohniscích elipsoidů pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz do eliptických stěn elipsoidů do druhých ohnisek elipsoidů ležících ve světlovodu, přičemž vzdálenost druhého ohniska od prvního ohniska je u alespoň jednoho z elipsoidů jiná než vzdálenost druhého ohniska od prvního ohniska u některého z ostatních elipsoidů.

Podle jednoho z výhodných provedení elipsoidy mají rotační tvar a jsou uspořádány svými hlavními osami rovnoběžně.

Je výhodné, když je u některého z elipsoidů vzdálenost jeho druhého ohniska od prvního ohniska nejméně 1,5 krát větší než vzdálenost druhého ohniska od prvního ohniska u některého z ostatních elipsoidů.

Podle jednoho z výhodných provedení jsou elipsoidy na straně svých vrcholů zkráceny rovinou příčného řezu, která vytváří čela elipsoidů, ve kterých jsou vytvořena sférická vybrání, jejichž střed leží v prvních ohniscích elipsoidů.

Výhodou světelného zařízení podle vynálezu je vyšší účinnost LED světelných zdrojů, lepší rozložení a lepší homogenita světelného svazku, šířícího se světlovodem. Výhodou je rovněž možnost vhodným nastavením poměru ohniskových vzdáleností eliptických vstupních částí optimalizovat rozložení světelného svazku uvnitř světlovodu.

Objasnění výkresů

Světelné zařízení podle vynálezu je vysvětleno na výkresech, na kterých značí obr. 1 podélný řez světlovodem se vstupní částí tvořenou dvěma elipsoidy, obr. 2 perspektivní pohled na vstupní části dvou protínajících se světlovodů, a obr. 3 perspektivní pohled na vstupní části světlovodů se světelnými LED zdroji.

Příklad uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je v podélném řezu zobrazen podlouhlý světlovod 2, jehož vstupní část 3 je tvořena dvěma elipsoidy U, 24, které jsou uspořádány svými hlavními osami M, 24 vedle sebe a jejichž eliptické stěny Γ3, 23 se protínají v průnikové linii 4. Elipsoidy H, 21 jsou na straně hlavních vrcholů zkráceny rovinou 5 příčného řezu, která vytváří čela 17, 27 elipsoidů 11, 21. V čelech 17,

-2CZ 305651 B6 elipsoidů 1 1, 21 jsou vytvořena sférická vybrání 12, 22, jejichž střed leží na hlavních osách 14, 24 a zároveň v prvních ohniscích 15, 25 elipsoidů 11, 21. V prvních ohniscích 15, 25 elipsoidů H, 21 leží světelné LED zdroje 1, takže paprsky světelných LED zdrojů 1 procházejí plochami sférickými vybrání 12, 22 bez lomu, dopadají a odráží se od eliptických stěn 13, 23 do druhých ohnisek 16, 26 elipsoidů jj_, 21, které leží uvnitř světlovodu 2 v různých vzdálenostech od prvních ohnisek 15, 25. S výhodou činí vzdálenost druhého ohniska 16 prvního elipsoidu 11 od prvního ohniska 15 prvního elipsoidu 11 nejméně 1,5 násobek vzdálenosti druhého ohniska 26 druhého elipsoidu 21 od prvního ohniska 25 druhého elipsoidu 2L Elipsoidy H, 21 mají s výhodou rotační tvar a jsou uspořádány svými hlavními osami 14, 24 rovnoběžně. Elipsoidy 11, 21 však mohou být uspořádány s hlavními osami navzájem skloněnými. Rovněž ve směru podélném nemusí být čela 17, 27 elipsoidů 11, 21 v jedné rovině, nýbrž mohou být navzájem posunuta ve směru hlavních os nebo nakloněna. Světelné paprsky ze světelného LED zdroje 1 jsou navázány do světlovodu 2 přes vstupní sférickou plochu. Část takto navázaného světla se dále šíří světlovodem, dokud paprsky nedopadnou na optiku vyzařující světlo, která je součástí světlovodu a je navržena tak, aby změnila směr paprsků světla šířící se světlovodem a poslala paprsky A, B příčně materiálem světlovodu 2 výstupní plochou 6 světlovodu 2. Další část paprsků, navázaných do světlovodu 2 přes vstupní sférickou plochu vybrání 12, 22, dopadá na eliptickou plochu j_3, 23, která obklopuje vstupní sférickou plochu vybrání 12, 22. Dochází k totálnímu odrazu světla na eliptické stěně 13, 23 a paprsky světla jsou nasměrovány směrem do těla světlovodu 2.

Plocha eliptické stěny 13, 23 tvořící eliptický kolimátor má dva ohniskové body. V prvním ohnisku 15, 25 je umístěn čip světelného LED zdroje i, druhé ohnisko j_6, 26, ve kterém se sbíhají paprsky světla, se nachází v těle světlovodu 2. Paprsky světla prochází ohniskem 16, 26 a šíří se dále ve světlovodu 2, dokud nedopadnou na světlo vyvažující optiku a neopustí světlovod 2. Poloha druhého ohniska 16, 26 eliptické plochy elipsoidu 11, 21 ovlivňuje celkový vzhled světlovodu 2, lze ji využít k nastavení homogenního vzhledu světlovodu 2, aby se na začátku i na konci světlovodu vyvázalo přibližně stejné množství světla. K tomu je potřeba nastavit podmínky tak, aby se co nejvíce světla dostalo přes tělo světlovodu k jeho konci, tj. co nejdále od světlovodu LED zdroje 1. Čím více je bod prvního ohniska J_5, 25 vzdálen od začátku světlovodu 2, tím více se paprsky světla odražené od eliptické plochy vstupní části 3 šíří podél středové osy světlovodu 2 a tím dále je možné je ve světlovodu 2 poslat a tím získat vyváženější poměr mezi jasem světlovodu 2 na začátku a na konci tak, aby se pozorovateli oba konce světlovodu zdály stejně jasné. Na druhou stranu však příliš vzdálená poloha druhého ohniska 16, 26 od eliptické plochy vstupní části 3 snižuje účinnost samotného navázání světla do světlovodu 2. V případě dvou eliptických kolimátorů na vstupu 3 světlovodu 2 je výhodné mít body druhých ohnisek v těle světlovodu 2 v jiných polohách, aby bylo možné vzájemnou změnou poloh ladit a nastavit poměr jasů na začátku a konci světlovodu 2.

Na obr. 2 jsou znázorněny vstupní části dvou světlovodů 2 resp. 2', které jsou tvořeny vždy dvěma elipsoidy jj_, 21 resp. jj_', 21/. Elipsoidy 11, 21 se protínají ve viditelné průnikové křivce 4. V oblasti vrcholů jsou elipsoidy j_l_, 21 resp. 1_L, 2Γ opatřeny sférickými vybráními 12, 22 resp. 12', 22' pro uložení světelných LED zdrojů. Světlovody 2, 2' i jejich vstupní části jsou vyrobeny technologií tlakového vstřiku a jsou vytvořeny ze stejného plastového materiálu. V jednom kuse se světlovody 2, 2' je tlakovým vstřikem vyroben i držák 30 pro uchycení v tělese světlometu nebo ve zvláštním pouzdře v karoserii. Světlovody 2, 2', které se kříží v různých směrech, jsou součástí uzavřeného tvaru, který lze volit podle účelu i umístění světlovodů v pouzdře světlometu nebo v karoserii vozidla. Světlovody 2, 2' jsou vyrobeny z transparentního materiálu, nejčastěji pak z PC, případně PMMA, kde je kladen důraz zejména na optickou čistotu materiálu. Je nutné použít materiál bez přídavných aditiv, která mají vliv na výslednou optickou čistotu materiálu. Při dlouhých optických drahách paprsku ve světlovodu potom by docházelo ke zvýšeným ztrátám vlivem absorpce světla a také ke žloutnutí bílého světla od počátku světlovodu ke konci, kdy dochází k různé absorpci světla pro různé vlnové délky. V případě křížení světlovodů jak je ukázáno na obr. 2, dochází k ovlivňování světlovodů 2, 2' mezi sebou, kdy světlo ze světelného LED zdroje pro horizontálně orientovaný světlovod 2' se dostává do vertikálního světlovodu 2 a nao

-3CZ 305651 B6 pak. Při výrobě je použita jedna forma na oba křížené světlovody 2, 2' a vyvažující optika je tvořena speciální vložkou, kterou má každý světlovod 2, 2' vlastní.

Obr. 3 osvětluje upevnění světlovodu 2 pomocí držáku 30 a upevňovacího šroubu 31 na chladiči 32, opatřeném chladicími žebry 33. Na obr. 3 je rovněž znázorněno uložení světelného LED zdroje 1 ve vybrání vrcholové části eliptické stěny 13 prvního elipsoidu JJ_. Nevýhodou použití eliptických kolimátorů na vstupu světlovodu mohou být zvýšené požadavky na přesnost usazení LED diody na PCB a na chladič a následné orientaci podsestavy LED, PCB, chladič vůči samotnému světlovodu. Obě PCB desky s LED diodami jsou proto umístěny na společném chladiči, který přesně definuje jejich prostorovou polohu. Poloha PCB desek vůči chladiči je dána pomocí držáku (lokačních pinů), které jsou součástí chladiče, a desky jsou následně zajištěny každá dvěma upevňovacími šrouby 31. Světlovod 2, 2' je následně připojen ke chladiči 32 pomocí držáku 30 (lokačního pinu) a jistícího šroubu 3L

Claims (4)

1. Světelné zařízení motorových vozidel obsahující protáhlý světlovod (2) a světelný LED zdroj (1), uložený ve vstupní části (3) světlovodu (2), pro vysílání světelného svazku do světlovodu (2), vyznačující se tím, že vstupní část (3) světlovodu (2) je tvořena vrcholovými částmi alespoň dvou vedle sebe umístěných elipsoidů (11,21), přičemž světelné LED zdroje (1) jsou umístěny v prvních ohniscích (15, 25) elipsoidů (11, 21) pro vysílání světelných paprsků a jejich odraz od eliptických stěn (13, 23) elipsoidů (11, 21) do druhých ohnisek (16, 26) elipsoidů (11, 21) ležících ve světlovodu (2), přičemž vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) je u alespoň jednoho z elipsoidů (11, 21) jiná než vzdálenost druhého ohniska (16, 26) od prvního ohniska (15, 25) u některého z ostatních elipsoidů (11,21).

2. Světelné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že elipsoidy (11,21) mají rotační tvar a jsou uspořádány svými hlavními osami (14, 24) rovnoběžně.

3. Světelné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, žeu některého z elipsoidů (11) vzdálenost jeho druhého ohniska (16) od prvního ohniska (15) nejméně 1,5 krát větší než vzdálenost druhého ohniska (26) od prvního ohniska (25) u některého z ostatních elipsoidů (21).

4. Světelné zařízení podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elipsoidy (11,21) jsou na straně svých vrcholů zkráceny rovinou (5) příčného řezu, která vytváří čela (17, 27) elipsoidů (11, 21), ve kterých jsou vytvořena sférická vybrání (12, 22), jejichž střed leží v prvních ohniscích (15, 25) elipsoidů (11,21).