專利名稱：光導裝置和機動車車頂?shù)闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及一種車頂所用的光導裝置，包括多個玻璃板和一個聚合物層壓材料的中間層。
本發(fā)明還涉及一種帶有這種光導裝置的機動車車頂。
機動車制造商開發(fā)了具有越來越大的裝玻璃表面積的型號。特別是為了改進空氣動力學輪廓，增加了擋風玻璃和后屏的尺寸。此外，在遮陽蓬頂?shù)闹圃熘校b玻璃變得占有優(yōu)勢。隨著這種趨勢，機動車輛裝備了越來越大滑動玻璃遮陽蓬頂或全景玻璃頂，而不管關于空調工程方面的缺點，例如由于絕熱而造成的車艙的過熱。仍然提供這種頂?shù)脑蚴菍挸ㄓ押玫目臻g環(huán)境為乘客帶來明亮的、光線充足的客艙。常規(guī)的關閉頂襯層只通過穿過側窗入射于客艙中的雜散光間接地照亮客艙。與明亮的環(huán)境形成的強烈對比引起常規(guī)型頂襯層顯得比較暗并且可能對司機具有壓抑效果。
光導裝置可被用于帶有透明車頂例如所謂的遮陽蓬頂?shù)能囕v中，或者用于帶有不透明車頂例如帶有普通頂襯層的車輛中，在這種情況下光導裝置鄰近車頂設置。
光導裝置見于US-A 2002/0 167 820。這種已知光導裝置包括發(fā)光單元和光波導管，發(fā)光單元可電接通和關閉，而光波導管用于引導光并聯(lián)接至發(fā)光單元上以便接入光。在這種已知光導裝置中，光波導管設置于車頂內部襯層的區(qū)域中并且設計為扁平的光波導管，光在光波導管的一個或多個側面處接入。此外制備扁平的光波導管以便使得出自光波導管的光以大表面積并以均勻方式接入車輛的客艙中。這種已知光導裝置改進了機動車輛的客艙的照明條件。這種已知光導裝置的缺點是通過玻璃裝置發(fā)出的光具有淺綠色。
為此目的，本發(fā)明提供了一種消除了所述缺點的光導裝置。根據(jù)本發(fā)明，開頭段落中所述的這種光導裝置為此目的包括-多個玻璃板，-插入玻璃板之間的聚合物層壓材料構成的中間層，-用于將光接入光導裝置中的光耦合裝置，-接入中間層的光基本上被引導穿過中間層。
當光穿過玻璃板超過相當可觀的距離(通常超過幾厘米)并且隨后從玻璃板接出時，發(fā)出的光具有淺綠色。這種淺綠色是由于玻璃中吸收和/或選擇散射引起。這種淺綠色可以借助于使用非常特殊類型的玻璃來防止。這種特殊類型的玻璃比較昂貴，這使得它們較不適用于機動車輛。根據(jù)本發(fā)明的光導裝置已經(jīng)適于保證接入光導裝置中的光基本上被引導穿過中間層，從而光避免還穿過玻璃板。因此，就大大地避免了這種光導裝置發(fā)出淺綠色光的情況。此外，玻璃板上的雨滴或者存在于玻璃板上的劃痕或者粉塵的作用不會影響從光導裝置接出的光的均勻性，因為光不會經(jīng)過玻璃板。
在已知的光導裝置中，構成中間層的材料選擇成使得中間層的折射率與玻璃板的折射率基本上相同。用于中間層的眾所周知的材料為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)。接入已知光導裝置的光并不在兩個玻璃/中間層界面的任何一個處反射，因為中間層材料的折射率如此接近玻璃的折射率。因此，光導裝置中的光不但穿過玻璃板，而且穿過中間層。當這種光最后從光導裝置中接出時，其將會由于玻璃板中的吸收效應而成為淺綠色。
根據(jù)本發(fā)明的措施使光導裝置中的光通路基本上出現(xiàn)于中間層中，同時減少了光將會穿過玻璃板的機會。在根據(jù)本發(fā)明的光導裝置中，全內反射的原理用于中間層與玻璃板之間的界面處。按照這種方式，在根據(jù)本發(fā)明的光導裝置中的中間層用作主要光波導管。
存在用于在中間層與玻璃板之間的界面處實現(xiàn)全內反射的若干實施例。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的優(yōu)選實施例特征在于中間層的折射率高于玻璃板的折射率。由于玻璃板與中間層之間的折射率的區(qū)別，所以穿過光導裝置的光基本上被引導穿過中間層。構成中間層的材料的折射率必須選擇成使得沒有穿過中間層的光被接入鄰近中間層的玻璃板中。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的優(yōu)選實施例特征在于中間層的折射率高于1.57。中間層與玻璃板之間的折射率區(qū)別越大，將光接入光導裝置中的數(shù)值孔徑就越大。這種中間層所用的適當材料為聚碳酸酯(折射率大約為1.59)。
另一種用于在中間層與玻璃板之間的界面處實現(xiàn)全內反射的方法是在中間層與玻璃板之間的界面處插入折射層。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的優(yōu)選實施例特征在于在每個玻璃板與中間層之間鄰近中間層提供了由折射率低于中間層的折射率的材料構成的折射層。折射層使得光優(yōu)選地在中間層中行進，并且避免了光從中間層接出并進入玻璃板。構成折射層的材料的折射率必須選擇成使得沒有穿過中間層的光被接入鄰近折射層的玻璃板中。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的優(yōu)選實施例特征在于折射層的折射率低于1.50。這種折射層所用的適當材料為聚甲基丙烯酸甲酯、氟化鎂和特氟隆。
根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的有利實施例特征在于光耦合裝置適于將大部分光接入中間層。這種措施有利于光穿過中間層行進并且基本上避免了接入光導裝置中的光穿過玻璃板。優(yōu)選地，光導裝置帶有凹槽，凹槽適于容放光耦合裝置。
本發(fā)明的這些和其它方面可以清楚地從下面所述的實施例看出，并參考它們來闡明。
在附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的車頂所用的的光導裝置的實施例的剖視圖，以及圖2為根據(jù)本發(fā)明的車頂所用的的光導裝置的替代實施例的剖視圖。
附圖純粹為示意性而非按比例繪制。特別是為清楚起見，某些尺寸放大很多。在圖中，只要有可能，同樣的參考數(shù)字指的是同樣的零件。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的實施例的剖視圖。這種光導裝置改進了機動車輛的客艙中的照明條件。光導裝置優(yōu)選地設置于車頂?shù)膬炔恳r層的區(qū)域中并且優(yōu)選地設計為扁平的光波導管。光導裝置制備成使得出自光導裝置的光以大表面積并以均勻方式接入車輛的客艙中。與常規(guī)型光源例如白熾燈不同，根據(jù)本發(fā)明的光導裝置并不用作離散的發(fā)光元件而是對車輛乘客的頭頂區(qū)域中的頂襯層產(chǎn)生大表面且不耀眼的光亮。這種光導裝置產(chǎn)生好像放大了客艙的感覺，創(chuàng)造了舒適的空間環(huán)境。這樣的優(yōu)點是客艙的均勻照亮對車輛乘客具有正面的心理-生理作用。這種對車輛乘客的正面作用特別是在黑暗中實現(xiàn)，例如當駛入隧道或者在夜里駕駛時。根據(jù)本發(fā)明的光導裝置實現(xiàn)了在黑暗中將客艙不耀眼地照亮，因此車輛乘客的適應情況得到改進。此外，由明亮的頂創(chuàng)造的舒適的空間環(huán)境促進了在黑暗中專心且無壓力地駕駛。光導裝置的另一個優(yōu)點是其可用作整個車輛的部件，特別是用作車輛的客艙中的設計元件。
在圖1的實施例中，光導裝置包括兩個玻璃板1、2。玻璃板1、2由普通窗玻璃(折射率1.54)制成。在替代實施例中，板由例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或者某些其它適當?shù)牟牧现瞥?。在替代實施例中，玻璃板之?優(yōu)選地位于面向車輛外部的一側)由例如用于減少來自太陽光的熱輸入的吸光材料制成。板對于可見光而言是半透明的。此外，板之一可為彩色和/或可包括用于減少來自車輛外部的熱輸入和/或減少從車輛到外部的熱損失的裝置。在玻璃板1、2之間插入由聚合物層壓材料構成的中間層3。提供了光耦合裝置5以便將光接入光導裝置。在圖1的實施例中，光耦合裝置5包括從遠程光源發(fā)光的光導纖維。光導纖維聯(lián)接至可電接通和關閉的發(fā)光單元(圖1中未示出)上。適當?shù)陌l(fā)光單元由一個或多個熒光燈、發(fā)光索或發(fā)光二極管形成。這種光源具有小的總深度，容許節(jié)省空間地安裝于車輛中。例如，發(fā)光單元可以放置于車輛的側向縱梁中。優(yōu)選地，提供電控制回路(圖1中未示出)，包括用于使射入車輛客艙中的光強度與環(huán)境亮度相適應的亮度傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，接入中間層3中的光基本上通過全內反射穿過中間層3傳播。在圖1中所示的本發(fā)明的實施例中，因為中間層3的折射率高于玻璃板1、2的折射率，所以這點得到實現(xiàn)。按照這種方式，接入光導裝置的光優(yōu)選地穿過中間層，并且基本上避免了光穿過玻璃板傳播。構成中間層的材料的折射率必須選擇成使得沒有穿過中間層的光被接入鄰近中間層的玻璃板中。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的優(yōu)選實施例特征在于中間層3的折射率高于玻璃板1、2的折射率。優(yōu)選地，中間層3的折射率高于1.57。適當?shù)闹虚g層材料為聚碳酸酯(PC；折射率大約為1.59)。
優(yōu)選地，光耦合裝置5適于將大部分光接入中間層3。在圖1的實例中，光導裝置帶有凹槽10。凹槽10適于容放光耦合裝置。這種凹槽10使得大部分光被接入中間層3。在替代實施例中，光源直接提供于凹槽10中。
在光導裝置中傳送的光的范圍、色彩和強度由光波導管的縱橫比，即長度與厚度或直徑的比值確定。優(yōu)選地，玻璃板1、2的厚度大約為2.1mm而中間層3的厚度大約為1.52mm。
為了從光導裝置接出光，將所謂的散射中心20引入光導裝置以便接出在光導裝置中引導的光。在替代實施例中，散射中心只提供于中間層的一側，從而將光的接出只限制于一個方向。由于光優(yōu)選地穿過中間層傳播，根據(jù)本發(fā)明，散射中心20優(yōu)選地應用于中間層3的邊界面處。這種散射中心20優(yōu)選地為折射率很高的顏料例如白漆、氧化鈦或粒度大于(可見)光的波長的夾氣。散射中心20處的不連續(xù)性引起中間層3中引導的光在這些散射中心處偏轉。散射中心20還可有利地設計為纖維或彩色顆粒。此外，散射中心可為粒度低于可見光的波長的顆粒。在這種情況下，光的偏轉由具有各向同性散射角度分布的瑞利散射確定。部分散射光直接進入車輛的客艙。沿車頂方向散射的這部分光優(yōu)選地通過設置于車頂和光導裝置之間的反射蓋反射回光導裝置中。替代地，車頂?shù)膬炔恳r層可顯示出反射性能。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的光導裝置的替代實施例的剖視圖，其包括兩個半透明玻璃板1、2。由聚合物層壓材料構成的中間層3插入玻璃板1、2之間。提供了光耦合裝置5以便將光接入光導裝置。在圖2的實施例中，由折射率低于中間層3的折射率的材料構成的兩個折射層8、9提供于相應的玻璃板1、2和中間層3之間，鄰近中間層3。折射層可以用作位于玻璃板1、2中每一個上的涂層。此外，折射層還可為粘合劑層，從而簡化制造過程。優(yōu)選地，構成中間層3的材料選擇成使得中間層的折射率與玻璃板1、2的折射率基本上相同。用于中間層的眾所周知的材料為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)，這兩種材料都具有約為1.49的折射率，即與玻璃板的折射率近似相同。為了從光導裝置接出光，將所謂的散射中心20被引入光導裝置以便接出在光導裝置中引導的光。優(yōu)選地，散射中心20提供于中間層3和折射層8之間。在圖2的實例中，散射中心20只提供于中間層的一側，從而將光的接出只限制于一個方向。
折射層8、9使得光優(yōu)選地在中間層中行進，并且避免了光從中間層接出并進入玻璃板。構成折射層8、9的材料的折射率選擇成使得沒有穿過中間層的光被接入玻璃板中。如果中間層由PVB制成，則折射層的折射率優(yōu)選地低于1.42，產(chǎn)生0.47的數(shù)值孔徑(N.A.)。這種折射層所用的適當材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA；折射率約為1.47)、氟化鎂(MgF2；折射率約為1.38)和特氟隆(折射率≤1.35)。當較低折射率的折射層提供于中間層和玻璃板之間時，中間層的折射率和玻璃板的折射率優(yōu)選地近似相同。
在圖2的實例中，光導裝置帶有凹槽10。凹槽10適于容放光耦合裝置。這種凹槽10使得大部分光被接入中間層3中。當將光接入由PVB制成的中間層3利用通常具有約為0.47的數(shù)值孔徑(N.A.)的塑料光纖執(zhí)行時，折射層8、9的折射率優(yōu)選地應當為N.A.＝[(ninterlayer)2-(nrefractive layer)2]1/2，產(chǎn)生折射層的折射率nlayer≤1.42。如果光學纖維的N.A.更大，則理想的是具有較低折射率的折射層。
應當指出上述實施例對本發(fā)明進行示例說明而非限制，本發(fā)明所屬領域的普通技術人員將能在不背離所附權利要求的范圍的情況下設計許多替代實施例。在權利要求中，套入括號內放置的任何參考符號不應被認為是限制權利要求。使用動詞“包括”及其動詞變化并不排除存在除了權利要求中所述的元件或步驟以外的元件或步驟。元件前面的的冠詞“一”、“一個”或“一種”并不排除存在多個此類元件。本發(fā)明可以利用包括若干不同元件的硬件和利用適當?shù)鼐幊痰挠嬎銠C實現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的若干可由硬件的同一項具體實現(xiàn)。某些措施在互不相同的從屬權利要求中敘述的純粹事實并不表示不能使用這些措施的組合來獲益。
權利要求
1.一種車頂所用的光導裝置，包括-多個玻璃板(1、2)，-插入玻璃板(1、2)之間的聚合物層壓材料構成的中間層(3)，-用于將光接入光導裝置中的光耦合裝置(5)，-接入中間層(3)的光基本上被引導穿過中間層(3)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光導裝置，其特征在于，中間層(3)的折射率高于玻璃板(1、2)的折射率。
3.根據(jù)權利要求2所述的光導裝置，其特征在于，中間層(3)的折射率高于1.57。
4.根據(jù)權利要求1所述的光導裝置，其特征在于，在玻璃板(1、2)與中間層(3)之間鄰近中間層(3)提供了由折射率低于中間層(3)的折射率的材料構成的折射層(8；9)。
5.根據(jù)權利要求4所述的光導裝置，其特征在于，折射層(8；9)的折射率低于1.50。
6.根據(jù)權利要求4所述的光導裝置，其特征在于，中間層(3)的折射率與玻璃板(1、2)的折射率近似相同。
7.根據(jù)權利要求1、2或4所述的光導裝置，其特征在于，光耦合裝置(5)適于將大部分光接入中間層(3)。
8.根據(jù)權利要求1、2或4所述的光導裝置，其特征在于，光導裝置帶有凹槽(10)，凹槽(10)適于容放光耦合裝置(5)。
9.根據(jù)權利要求1、2或4所述的光導裝置，其特征在于，玻璃板之一由吸光材料制成。
10.一種機動車車頂，包括根據(jù)權利要求1、2或4所述的光導裝置。
11.根據(jù)權利要求9所述的機動車車頂，其特征在于，車頂基本上半透明。
全文摘要
車頂所用的光導裝置具有多個玻璃板(1、2)及插入的由聚合物層壓材料構成的中間層(3)。光導裝置具有用于將光接入光導裝置中的光耦合裝置(5)。根據(jù)本發(fā)明，接入中間層(3)的光基本上被引導穿過中間層(3)。優(yōu)選地，中間層的折射率高于玻璃板的折射率。優(yōu)選地，在玻璃板(1、2)與中間層(3)之間鄰近中間層提供了由折射率低于中間層(3)的折射率的材料構成的折射層(8、9)。優(yōu)選地，光導裝置帶有凹槽(10)，凹槽(10)適于容放光耦合裝置(5)。
文檔編號B60Q3/02GK1890588SQ200480035860
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權日2003年12月2日
發(fā)明者J·P·M·安塞姆斯, A·G·H·梅賈斯, H·梅武塞 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 法國圣戈班玻璃廠