DE102008036845A1 - Lighting device for use as torch lights and headlamps, has light source and lens for bundling light delivered by light source, where light source is made up of light emitting diode array - Google Patents

Lighting device for use as torch lights and headlamps, has light source and lens for bundling light delivered by light source, where light source is made up of light emitting diode array Download PDF

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Abstract

The lighting device has a light source and a lens (2) for bundling the light delivered by the light source. The light source is made up of a light emitting diode array. The lens has radial facets (14) at a part of the entrance surface or at a part of the exit surface or at a part of a total-reflecting lateral surface. The entire entrance surface or the entire exit surface is formed from the lens with radial facets. The lens is an injection casted plastic lens, which is particularly made up of polymethylmethacrylate or polycarbonate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Linse zum Bündeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes.The The present invention relates to a lighting device with a light source and a lens for bundling the of the Light source emitted light.

Derartige Beleuchtungsvorrichtungen sind seit langer Zeit bekannt. Sie werden unter anderem als Taschenlampen und Scheinwerfer eingesetzt. Diese Beleuchtungsvorrichtungen können als Lichtquelle eine Glühfadenlampe, Halogenglühlampe, Gasentladungslampe oder Leuchtdiode aufweisen.such Lighting devices have been known for a long time. you will be used among other things as flashlights and headlights. These Lighting devices can use a filament lamp as light source, Halogen bulb, gas discharge lamp or LED have.

Diese Beleuchtungsvorrichtungen können mit unterschiedlichem Abstrahlwinkel ausgebildet sein. Es ist auch bekannt, durch Verschieben der Linse gegenüber der Lichtquelle den Abstrahlwinkel zu verändern. Bei einer starken Bündelung des Lichtes (geringer Abstrahlwinkel) besteht das Problem, dass eine optische Abbildung der Lichtquelle erzeugt wird. Eine ideale Bündelung des Lichtes wird durch eine exakte optische Abbildung der Lichtquelle bewirkt. Jedoch weisen Lichtquellen Strukturen auf, die bei der Beleuchtungsvorrichtung nicht im Lichtstrahlkegel erkennbar sein sollten. Bei einer Glühwendel wird man beispielsweise die Wendel erkennen. Bei Verwendung eines Leuchtdiodenarrays würde ein Lichtkegel mit mehreren hellen Punkten erzeugt werden. Grundsätzlich besteht jedoch der Wunsch, zumindest im Mittenbereich des Lichtstrahlkegels eine möglichst gleichmäßige, helle Ausleuchtung zu erzielen.These Lighting devices can with different Abstrahlwinkel be formed. It is also known by moving the lens relative to the light source the beam angle to change. With a strong bundling of the Light (low beam angle) is the problem that a optical image of the light source is generated. An ideal bundling The light is transmitted through an exact optical image of the light source causes. However, light sources have structures used in the Lighting device should not be visible in the cone of light beam should. In an incandescent you will, for example, the Wendel recognize. When using a light-emitting diode array would a cone of light with several bright dots are generated. in principle However, there is a desire, at least in the central region of the light beam cone as even, bright illumination to achieve.

Eine solche gleichmäßige Ausleuchtung wird durch das Vorsehen von Streustrukturen auf der Linse bewirkt. Es gibt makroskopische Streustrukturen, zum Beispiel in Form von Rillen und Vorsprüngen, und mikroskopische Streustrukturen in Form von einer mikroskopisch aufgerauchten Oberfläche.A Such uniform illumination is through the Provision of scattering structures on the lens causes. There are macroscopic ones Scattering structures, for example in the form of grooves and protrusions, and microscopic scattering structures in the form of a microscopically smoked Surface.

Bei derartigen Streustrukturen ist grundsätzlich nachteilig, dass sie schwer reproduzierbar sind, da die Streuung des Lichtes ein rein statistischer Effekt ist. Dies hat zur Folge, dass bei der Einrichtung eines Werkzeuges zur Herstellung entsprechender Linsen das Werkzeug oftmals in mehreren Iterationen nachbearbeitet werden muss, bis die Linse die gewünschte Streuwirkung zeigt. Bei mikroskopischen Strukturen entsteht der Nachteil, dass das Werkzeug sich bei der Herstellung einer Vielzahl von Linsen mit der Zeit abnutzt und sich die mikroskopischen Strukturen verändern, so dass der ursprünglich eingestellte Effekt der Streuwirkung nachlässt.at Such scattering structures is fundamentally disadvantageous, that they are difficult to reproduce because of the scattering of light is a purely statistical effect. This has the consequence that at the establishment of a tool for producing corresponding lenses the tool is often reworked in several iterations until the lens shows the desired scattering effect. In microscopic structures, the disadvantage arises that the tool in the manufacture of a variety of lenses over time wears off and the microscopic structures change, so that the originally set effect of the scattering effect subsides.

Weiterhin sind holografische Streustrukturen bekannt. Diese sind sehr gut reproduzierbar. Sie sind aber sehr teuer in der Entwicklung und in der Herstellung.Farther holographic scattering structures are known. These are very good reproducible. But they are very expensive in development and in production.

Ein weiterer Nachteil von Streustrukturen ist, dass ein Teil des Lichtes aus dem gewünschten Lichtkegel gestreut wird, wodurch die gesamte Lichtleistung verringert wird.One Another disadvantage of scattering is that part of the light is scattered from the desired light cone, causing the overall light output is reduced.

Es gibt auch Beleuchtungsvorrichtungen mit Linsen, deren Oberfläche hexagonale Facetten aufweist. Diese hexagonalen Facetten dienen dazu, den durch das Profil der Linse erzeugten Abstrahlwinkel noch weiter aufzuweiten.It There are also lighting devices with lenses, their surface has hexagonal facets. These hexagonal facets serve in addition, the beam angle generated by the profile of the lens still continue to widen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Linse und einem Leuchtdiodenarray als Lichtquelle derart weiterzubilden, dass selbst bei starker Bündelung des Lichtes auf einfache und reproduzierbare Art und Weise eine gleichmäßige Lichtverteilung zumindest im Zentrum des abgestrahlten Lichtkegels bei hoher Lichtstärke erzielt wird.Of the Invention is based on the object, a lighting device with a lens and a light-emitting diode array as the light source educate that even with strong bundling of light in a simple and reproducible way a uniform Light distribution at least in the center of the emitted light cone is achieved at high light intensity.

Die Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The Task is by a lighting device with the features of claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle und eine Linse zum Bündeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes auf. Die Beleuch tungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle aus einem Leuchtdiodenarray ausgebildet ist und die Linse an der Eintrittsfläche oder/und an der Austrittsfläche Radialfacetten aufweist.The inventive lighting device has a light source and a lens for bundling the of the Light source emitted light. The lighting device is characterized by the fact that the light source consists of a light-emitting diode array is formed and the lens at the entrance surface and / or has radial facets on the exit surface.

Radialfacetten sind Abschnitte der Eintrittsfläche oder der Austrittsfläche der Linse, die in radialer Richtung verlaufen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Oberfläche der Linse im Bereich einer solchen Radialfacette durch eine Verschiebung des Profils der Linse entlang einer Kurve, die nicht zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist, dargestellt wird. Vorzugsweise ist es eine geradlinige Verschiebung oder eine Verschiebung entlang einer nur geringfügig gekrümmten Kurve des Profils etwa senkrecht zum Profil und zur optischen Achse der Linse. Mathematisch ausgedrückt heißt das, dass die Radialfacette durch ausschließlich senkrecht zur Rotationsachse der Linse verlaufende, geradlinige oder etwas gekrümmte Linienabschnitte darstellbar sind, die alle zueinander parallel verlaufen und jeweils einen zur Rotationsachse konzentrischen Kreis tangential berührenradial facetted are sections of the entrance surface or the exit surface the lens, which extend in the radial direction. They stand out characterized in that the surface of the lens in the range of such Radial facet by shifting the profile of the lens along a curve that is not rotationally symmetric to the optical axis is, is displayed. Preferably, it is a straight-line displacement or a displacement along a slightly curved Curve of the profile approximately perpendicular to the profile and the optical axis the lens. In mathematical terms, this means that the radial facet by exclusively perpendicular to Rotation axis of the lens extending, rectilinear or slightly curved Line segments are displayed, all parallel to each other run and each one concentric to the axis of rotation circle touch tangentially

Die erfindungsgemäße Linse ist nur ”etwa” rotationssymmetrisch, da durch die Radialfacette die Rotationssymmetrie gebrochen wird. Bei einer exakten Fokussierung der Linse, zum Beispiel ins Unendliche, wird die Lichtquelle von einer Radialfacette nicht exakt abgebildet, sondern in tangentialer Richtung verschmiert. Da die Linse mehrere Radialfacetten aufweist, die das Zielbild jeweils in unterschiedlichen Richtungen verschmieren, wobei die einzelnen Zielbilder überlagert werden, ergibt sich ein Gesamtzielbild, bei dem die bei einer exakten Abbildung enthaltenen Strukturen verschmiert sind, so dass eine gleichmäßige Ausleuchtung zumindest des zentralen Bereiches des Lichtstrahlkegels erzielt wird.The lens according to the invention is only "approximately" rotationally symmetric, since the rotational symmetry is refracted by the radial facet. With an exact focusing of the lens, for example, to infinity, the light source is not exactly imaged by a radial facet, but smeared in the tangential direction. Since the lens has several radial facets, the target image in unterschiedli Smearing different directions, wherein the individual target images are superimposed, there is an overall target image in which the structures contained in an exact image are blurred, so that a uniform illumination of at least the central region of the light beam cone is achieved.

Die Wirkung der Radialfacetten ist zum einen exakt vorhersagbar und zum anderen exakt reproduzierbar. Weiterhin wird durch die Radialfacetten kein Licht aus dem gewünschten Lichtkegel herausgestreut, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Linsen mit Streustrukturen eine höhere Lichtausbeute erzielt wird. Die Radialfacetten sind wesentlich einfacher und kostengünstiger als holografische Streustrukturen zu entwickeln und herzustellen.The The effect of the radial facets is on the one hand exactly predictable and on the other hand exactly reproducible. Furthermore, by the radial facets no light scattered out of the desired cone of light, whereby compared to conventional lenses with scattering structures a higher light output is achieved. The radial facets are much easier and cheaper than holographic scattering structures to develop and manufacture.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist somit einfach und kostengünstig herstellbar, exakt reproduzierbar in der Wirkung und hocheffizient in der Lichtausbeute, wobei die Strukturen der Lichtquelle im Lichtkegel beseitigt werden.The Lighting device according to the invention is thus simple and inexpensive to produce, exactly reproducible in effect and highly efficient in the luminous efficacy, the Structures of the light source are eliminated in the light cone.

Vorzugsweise sind im Wesentlichen die gesamte Eintrittsfläche und/oder die gesamte Austrittsfläche der Linse mit Radialfacetten ausgebildet.Preferably are essentially the entire entrance surface and / or the entire exit surface of the lens with radial facets educated.

Die Linse ist in etwa rotationssymmetrisch um eine optische Achse ausgebildet, wobei sich die Radialfacetten von der optischen Achse bis zum Rand der Eintrittsfläche oder der Austrittsfläche erstrecken.The Lens is formed approximately rotationally symmetrical about an optical axis, wherein the radial facets from the optical axis to the edge the entrance surface or the exit surface extend.

Die Beleuchtungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Linse in einem Abstand zur Lichtquelle angeordnet ist, dass das von der Lichtquelle abgegebene Licht gebündelt wird und vorzugsweise die Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird. Auch bei einer solchen Abbildung der Lichtquelle wird durch die Radialfacetten eine Verschmierung erzielt, die die Strukturen der Lichtquelle im Lichtkegel beseitigt.The Lighting device is preferably designed such that the lens is arranged at a distance from the light source that the light emitted from the light source is focused and preferably the light source is displayed at infinity. Even with such an image of the light source is by the Radial facets achieved a smearing that the structures of the Light source in the light cone eliminated.

Gemäß einer Weiterbildung der Beleuchtungsvorrichtung kann die Linse bezüglich der Lichtquelle entlang der optischen Achse verschieblich angeordnet sein. Hierdurch lässt sich der Abstrahlwinkel der Beleuchtungsvorrichtung verstellen.According to one Further development of the lighting device may be with respect to the lens the light source slidably disposed along the optical axis be. As a result, the radiation angle of the lighting device can be adjust.

Ein Lichtkegel mit gleichmäßiger Ausleuchtung von zumindest einem zentralen Bereich wird mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer einzigen Linse erzielt. Es können jedoch noch weitere Linsen vorgesehen sein, die der Beleuchtungsvorrichtung zusätzliche Funktionen verleihen.One Light cone with uniform illumination of at least one central area is covered with the invention Lighting device achieved with a single lens. It can however, further lenses may be provided, that of the lighting device give additional functions.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Linse eine Hybrid-Linse, die aus einer mittig angeordneten Sammellinse und einem die mittige Sammellinse umgebenden total reflektierenden Linsenring ausgebildet ist.According to one preferred embodiment, the lens is a hybrid lens, the from a centrally arranged convergent lens and a central convergent lens surrounding totally reflective lens ring is formed.

Die Radialfacetten erstrecken sich vorzugsweise jeweils über einen Winkelbereich von 2° bis 15°, vorzugsweise 3° bis 10° und insbesondere vorzugsweise 3° bis 5°.The Radial facets preferably extend over each other an angular range of 2 ° to 15 °, preferably 3 ° to 10 ° and especially preferably 3 ° to 5 °.

Die Linse ist vorzugsweise eine spritzgegossene Kunststofflinse. Ein Kunststoffmaterial mit guten optischen und mechanischen Eigenschaften ist PMMA.The Lens is preferably an injection molded plastic lens. One Plastic material with good optical and mechanical properties is PMMA.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Batteriebetriebene Taschenlampe.The Lighting device according to the invention is preferably a battery powered flashlight.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:The The invention will now be described by way of example with reference to the drawings illustrated embodiments explained. The drawings show in:

1 eine erfindungsgemäße Linse in perspektivischer Ansicht, 1 a lens according to the invention in perspective view,

2 einen Querschnitt durch die Linse aus 1, 2 a cross section through the lens 1 .

3 schematisch eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit der Linse aus 1 in einer Schnittdarstellung und dem Strahlenverlauf, 3 schematically a lighting device according to the invention with the lens 1 in a sectional view and the beam path,

4a eine weitere erfindungsgemäße Linse in einer perspektivischen Ansicht mit Blickrichtung auf die Austrittsfläche, 4a a further lens according to the invention in a perspective view looking towards the exit surface,

4b die Linse aus 4a in perspektivischer Ansicht mit Blickrichtung auf die Eintrittsfläche, 4b the lens off 4a in a perspective view looking towards the entrance surface,

5 eine Linse nach dem Stand der Technik mit der gleichen Grundform wie die in 1 und 4a und 4b gezeigten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, 5 a lens according to the prior art with the same basic shape as in 1 and 4a and 4b shown embodiments of the present invention,

6 eine Abbildung des Lichtstrahlkegels auf einen Schirm, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mit einer Linse ohne Radialfacetten ausgebildet ist und bei der die Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird, 6 an image of the light beam cone on a screen, wherein the illumination device is formed with a lens without radial facets and in which the light source is imaged in the infinite,

7 ein Beleuchtungsstärkehisigramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß 6, 7 an illuminance graph in the form of a bar graph of the light cone according to 6 .

8 eine Abbildung des Lichtstrahlkegels auf einen Schirm, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mit einer Linse ohne Radialfacetten ausgebildet ist und bei der der Lichtstrahlkegel gegenüber einer Abbildung der Lichtquelle ins Unendliche aufgeweitet ist, 8th an illustration of the light beam cone on a screen, wherein the illumination device is formed with a lens without radial facets and in which the light beam cone is expanded towards an image of the light source to infinity,

9 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß 8, 9 an illuminance histogram in the form of a bar graph of the light cone according to 8th .

10 eine Abbildung des Lichtstrahlkegels auf einen Schirm, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mit einer Linse mit Radialfacetten ausgebildet ist und bei der die Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird, 10 an illustration of the light beam cone on a screen, wherein the illumination device is formed with a lens with radial facets and in which the light source is imaged to infinity,

11 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß 10, 11 an illuminance histogram in the form of a bar graph of the light cone according to 10 .

12 eine Abbildung des Lichtstrahlkegels auf einen Schirm, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mit einer Linse mit Radialfacetten ausgebildet ist und bei der der Lichtstrahlkegel gegenüber einer Abbildung der Lichtquelle ins Unendliche aufgeweitet ist, und 12 an illustration of the light beam cone on a screen, wherein the illumination device is formed with a lens with radial facets and in which the light beam cone is expanded towards an image of the light source to infinity, and

13 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß 12, 13 an illuminance histogram in the form of a bar graph of the light cone according to 12 .

14a–14c eine Simulation der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei Linsensegment von 10° betrachtet wird, 14a - 14c a simulation of the illumination intensity distribution on a target surface in a lighting device, wherein the lens segment is considered to be 10 °,

15a–15c eine Simulation der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei eine Radialfacette von 10° auf der Austrittsfläche des Linsenabschnittes und des Ringlinsenabschnittes betrachtet wird, 15a - 15c a simulation of the illuminance distribution on a target surface in a lighting device, wherein a radial facet of 10 ° is viewed on the exit surface of the lens portion and the ring lens portion,

16a–16c eine Simulaton der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei der Lichtdurchtritt durch die gesamt Linse betrachtet wird, die keine Facetten aufweist, 16a - 16c a simulation of the illumination intensity distribution on a target surface in a lighting device, wherein the light transmission through the entire lens is considered, which has no facets,

17a–17c eine Simulaton der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei der Lichtdurchtritt durch die gesamte Linse betrachtet wird, die an der Austrittsfläche Radialfacetten mit der Winkelbreite von 10° aufweist. 17a - 17c a simulation of the illuminance distribution on a target surface in a lighting device, wherein the light passage is viewed through the entire lens having at the exit surface radial facets with the angular width of 10 °.

Die 1, 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 bzw. die hierbei verwendete Linse 2.The 1 . 2 and 3 show a first embodiment of a lighting device according to the invention 1 or the lens used here 2 ,

Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle 3 auf, die als Leuchtdiodenarray ausgebildet ist. Solche Leuchtdiodenarrays werden zum Beispiel von der Firma Cree Inc., USA unter der Handelsbezeichnung Cree® XLamp® MC-E LED angeboten. Dieses Leuchtdiodenarray besitzt vier Leuchtdioden, die jeweils quadratisch ausgebildet sind. Die Leuchtdioden sind in der Draufsicht innerhalb eines Quadrates angeordnet, wobei zwischen den einzelnen Leuchtdioden ein kreuzförmiger Spalt ausgebildet ist. Die Leuchtdioden können nicht auf Stoß im Leuchtdiodenarray angeordnet sein. Ein Datenblatt dieser Leuchtdioden ist unter www.cree.com/xlamp erhältlich. Dieses Leuchtdiodenarray ist mit integrierter Vorsatzlinse ausgebildet.The lighting device has a light source 3 on, which is designed as a light-emitting diode array. Such LEDs arrays are available, for example, by the company Cree Inc., USA under the trade name Cree ® XLamp ® MC-E LED. This light-emitting diode array has four light emitting diodes, which are each formed square. The light emitting diodes are arranged in a plan view within a square, wherein between the individual light emitting diodes, a cross-shaped gap is formed. The light emitting diodes can not be arranged in the light emitting diode array on impact. A data sheet of these light-emitting diodes is under www.cree.com/xlamp available. This light-emitting diode array is formed with integrated conversion lens.

Ein weiteres, für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung geeignetes Leuchtdiodenarray wird von der Firma Seoul Semiconductor unter der Artikelbezeichnung W724C0 vertrieben. Auch dieses Leuchtdiodenarray weist vier im Quadrat angeordnete, quadratische Leuchtdioden auf, wobei zwischen einzelnen Leuchtdioden ein Spalt ausgebildet ist. Hierdurch wird ein kreuzförmiger Bereich verursacht, an dem kein Licht abgestrahlt wird. Auch dieses Leuchtdiodenarray weist eine Vorsatzlinse auf. Ein entsprechendes Datenblatt ist unter www.zled.com erhältlich.Another light-emitting diode array suitable for the lighting device according to the invention is marketed by Seoul Semiconductor under the article designation W724C0. Also, this light-emitting diode array has four square-shaped, square LEDs, wherein between individual LEDs, a gap is formed. This causes a cross-shaped area where no light is emitted. This light-emitting diode array also has an additional lens. A corresponding data sheet is under www.zled.com available.

Im Rahmen der Erfindung können solche Leuchtdiodenarrays mit und ohne Vorsatzlinse verwendet werden.in the According to the invention, such light-emitting diode arrays with and to be used without a conversion lens.

Die Grundform der Linse 2 ist an sich bekannt (5). Sie ist z. B. auf www.ledlenser.de/technologie/reflektor_line.html . Diese Linse weist eine mittige Sammellinse 4 mit einer konvexen Eintrittsfläche 5 und einer konvexen Austrittsfläche 6 auf. Die Sammellinse 4 ist von einem totalreflektierenden Linsenring 7 umgeben. Der Linsenring 7 weist eine Eintrittsfläche 8, eine Austrittsfläche 9 sowie eine Mantelfläche 10 auf.The basic shape of the lens 2 is known per se ( 5 ). It is z. B. on www.ledlenser.de/technologie/reflektor_line.html , This lens has a central converging lens 4 with a convex entry surface 5 and a convex exit surface 6 on. The condenser lens 4 is from a totally reflective lens ring 7 surround. The lens ring 7 has an entrance surface 8th , an exit surface 9 as well as a lateral surface 10 on.

Die Linse 2 ist etwa rotationssymmetrisch um eine optische Achse 11 ausgebildet. Die Lichtquelle 3 ist mit ihrem Mittelpunkt auf der optischen Achse 11 derart angeordnet, dass das von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahlenbündel 12 in Richtung zu den Eintrittsflächen 5 und 8 der Linse 2 abgestrahlt wird.The Lens 2 is approximately rotationally symmetric about an optical axis 11 educated. The light source 3 is with its center on the optical axis 11 arranged such that the emitted light beam from the light source 12 towards the entrance surfaces 5 and 8th the lens 2 is emitted.

Die Eintrittsfläche 8 des Linsenrings 7 erstreckt sich vom Rand der Sammellinse 4 in Richtung zur Lichtquelle 3, wobei die Eintrittsfläche 8 gegenüber der optischen Achse geringfügig geneigt ist, so dass sich ein durch die Eintrittsfläche 8 beschriebene etwa kegelförmige Torus in Richtung zur Sammellinse 4 verjüngt. Diese Verjüngerung ist aus Fertigungsgründen zweckmäßig. Aus optischen Gründen ist sie nicht notwendig. Die Austrittsfläche 9 des Linsenrings 7 erstreckt sich vom Rand der Sammellinse 4 in Abstrahlrichtung 13, wobei die Austrittsfläche gegenüber der optischen Achse 11 stärker als die Eintrittsfläche 8 geneigt ist und einen sich in Richtung zur Lichtquelle 3 verjüngenden etwa kegelförmigen Torus beschreibt.The entrance area 8th of the lens ring 7 extends from the edge of the condenser lens 4 towards the light source 3 where the entrance surface 8th is slightly inclined relative to the optical axis, so that a through the entrance surface 8th described about conical torus towards the convergent lens 4 rejuvenated. This rejuvenation is convenient for manufacturing reasons. For optical reasons, it is not necessary. The exit surface 9 of the lens ring 7 extends from the edge of the condenser lens 4 in the direction of radiation 13 , wherein the exit surface relative to the optical axis 11 stronger than the entrance area 8th inclined and towards the light source 3 describes tapering about conical torus.

Die Mantelfläche 10 des Linsenrings 7 erstreckt sich etwa von den äußeren Rändern der Eintrittsfläche 8 und der Austrittsfläche 9 und bildet einen sich in Abstrahlrichtung 13 aufweitetenden etwa kegelförmigen Torus.The lateral surface 10 of the lens ring 7 extends approximately from the outer edges of the entrance surface 8th and the exit surface 9 and forms one in the direction of radiation 13 widening about conical torus.

Die Eintrittsfläche 8, die Mantelfläche 10 und die Austrittsfläche 9 des Linsenrings 7 sind mit einem 2D-Maßschneideverfahren berechnete Freiformflächen, die etwas von der exakten Form eines kegelförmigen Torus abweichen. An der Eintrittsfläche 8 und der Austrittsfläche 9 wird ein Teil der von der Lichtquelle 3 ausgesandten Lichtstrahlen derart gebrochen, dass diese ähnlich wie von der Sammellinse 4 gebündelt werden. An der Mantelfläche 10 werden die Lichtstrahlen unter Totalreflektion reflektiert.The entrance area 8th , the lateral surface 10 and the exit surface 9 of the lens ring 7 are free-form surfaces calculated using a 2D custom cutting method, which deviate somewhat from the exact shape of a conical torus. At the entrance area 8th and the exit surface 9 becomes part of the light source 3 emitted light rays are broken in such a way that they are similar to the convergent lens 4 be bundled. On the lateral surface 10 the light rays are reflected under total reflection.

Diese Linse besitzt eine große numerische Apertur und kann das von der Lichtquelle 3 ausgesandte Lichtstrahlenbündel stark bündeln.This lens has a large numerical aperture and can do so from the light source 3 Strongly focus emitted light beams.

Erfindungsgemäß ist die Linse 2 zumindest an einem Teil der Eintrittsflächen 5, 8 und/oder an einem Teil der Austrittsflächen 6, 9 und/oder an einem Teil der totalreflektierenden Mantelfläche 10 mit Radialfacetten 14 versehen.According to the invention, the lens 2 at least on a part of the entrance surfaces 5 . 8th and / or at a part of the exit surfaces 6 . 9 and / or on a part of the totally reflecting lateral surface 10 with radial facets 14 Mistake.

Radialfacetten 14 sind Abschnitte der Eintrittsflächen 5, 8 oder der Austrittsflächen 6, 9 oder der Mantelfläche 10 der Linse 2, die in radialer Richtung verlaufen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Oberfläche der Linse im Bereich einer solchen Radialfacette 14 durch eine Verschiebung des Profils der Linse entlang einer Kurve, die nicht zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist, dargestellt wird. Vorzugsweise ist es eine geradlinige Verschiebung oder eine Verschiebung entlang einer nur geringfügig gekrümmten Kurve des Profils etwa senkrecht zum Profil und zur optischen Achse der Linse. Mathematisch ausgedrückt heißt das, dass die Radialfacette durch ausschließlich senkrecht zur Rotationsachse der Linse verlaufende, geradlinige oder etwas gekrümmte Linienabschnitte darstellbar sind, die alle zueinander parallel verlaufen und jeweils einen zur Rotationsachse konzentrischen Kreis tangential berühren.radial facetted 14 are sections of the entrance surfaces 5 . 8th or the exit surfaces 6 . 9 or the lateral surface 10 the lens 2 which extend in the radial direction. They are characterized in that the surface of the lens in the region of such a radial facet 14 by a displacement of the profile of the lens along a curve that is not rotationally symmetric to the optical axis, is shown. Preferably, it is a rectilinear displacement or displacement along an only slightly curved curve of the profile approximately perpendicular to the profile and the optical axis of the lens. Expressed in mathematical terms, this means that the radial facets can be represented by linear or slightly curved line sections extending exclusively perpendicular to the axis of rotation of the lens, all of which run parallel to each other and tangentially contact a circle concentric with the axis of rotation.

Die erfindungsgemäße Linse 2 ist nur ”etwa” rotationssymmetrisch, da durch die Radialfacetten 14 die Rotationssymmetrie gebrochen wird. Bei einer exakten Fokussierung der Linse, zum Beispiel ins Unendliche, wird die Lichtquelle 3 von einer Radialfacette 14 nicht exakt abgebildet, sondern in Tangentialrichtung verschmiert. Da die Linse 2 mehrere Radialfacetten 14 aufweist, die das Zielbild jeweils in unterschiedlichen Richtungen verschmieren, wobei die einzelnen Zielbilder überlagert werden, ergibt sich ein Gesamtzielbild, bei dem die bei einer exakten Abbildung enthaltenen Strukturen verschmiert sind, so dass eine gleichmäßige Ausleuchtung zumindest des zentralen Bereiches des Lichtstrahlkegels erzielt wird.The lens according to the invention 2 is only "about" rotationally symmetric, since by the radial facets 14 the rotational symmetry is broken. An exact focusing of the lens, for example to infinity, becomes the light source 3 from a radial facet 14 not exactly imaged, but smeared in the tangential direction. Because the lens 2 several radial facets 14 which blur the target image respectively in different directions, superimposing the individual target images, results in an overall target image in which the structures contained in an exact image are smeared, so that uniform illumination is achieved at least the central region of the light beam cone.

Beim ersten Ausführungsbeispiel (1) weist die Linse 2 an ihrer gesamten Austrittsfläche, d. h. sowohl an der Austrittsfläche 6 der Sammellinse 4 als auch an der Austrittsfläche 9 des Linsenrings 7, Radialfacetten 14 auf.In the first embodiment ( 1 ) points the lens 2 at its entire exit surface, ie both at the exit surface 6 the condenser lens 4 as well as on the exit surface 9 of the lens ring 7 , Radial facets 14 on.

Die 6 zeigt die Abbildung eines Lichtstrahlkegels auf einen Schirm im Abstand von 2000 mm von der Beleuchtungsvorrichtung 1, wobei die Beleuchtungsvorrichtung die in 5 dargestellte Linse ohne Radialfacetten 14 aufweist. Die Linse 2 ist entsprechend der Anordnung in 3 derart von der Lichtquelle 3 beabstandet, dass der von der Lichtquelle abgegebene Lichtstrahlkegel maximal gebündelt wird, wobei von der Lichtquelle am Schnittpunkt mit der optischen Achse ausgehende Lichtstrahlen zu parallelen Strahlen kollimiert werden. Im Zentrum des Lichtstrahlenkegels ist ein dunkler Fleck 15.The 6 shows the image of a cone of light beam on a screen at a distance of 2000 mm from the lighting device 1 , wherein the lighting device, the in 5 illustrated lens without radial facets 14 having. The Lens 2 is according to the arrangement in 3 such from the light source 3 spaced so that the light beam emitted from the light source cone is concentrated to the maximum, wherein from the light source at the intersection with the optical axis outgoing light beams are collimated into parallel beams. At the center of the cone of light rays is a dark spot 15 ,

Die exakt gleiche Anordnung von Lichtquelle und Linse, wobei die Linse gemäß 1 an der gesamten Austrittsfläche mit Radialfacetten ausgebildet ist, ergab die in 10 dargestellten Abbildung des abgestrahlten Lichtstrahlkegels auf einem Schirm in den Entfernung von 2000 mm, von der Beleuchtungsvorrichtung. Hier ist das Zentrum des Lichtstrahlkegels jeweils gleichmäßig hell ausgeleuchtet. Dies wird durch die von der einzelnen Radialfacette verursachte Verschmierung des Quellbildes (= Lichtquelle) erzielt. Durch die Vielzahl von Radialfacetten werden in die unterschiedlichen Richtungen verschmierten Einzelbilder der einzelnen Radialfacetten überlagert und ergeben eine gleichmäßige, rotationssymmetrische Beleuchtungsstärke im Zentrum des Lichtstrahlkegels.The exact same arrangement of light source and lens, the lens according to 1 formed at the entire exit surface with radial facets, resulted in in 10 shown image of the emitted light beam cone on a screen at the distance of 2000 mm, from the lighting device. Here, the center of the cone of light beam is illuminated uniformly bright. This is achieved by the blurring of the source image (= light source) caused by the individual radial facet. Due to the large number of radial facets, smeared individual images of the individual radial facets are superimposed in the different directions and result in a uniform, rotationally symmetrical illuminance in the center of the light beam cone.

Die 8 zeigt eine ähnliche Abbildung des Lichtstrahlkegels, wobei die Linse zur Aufweitung des Lichtstrahlkegels gegenüber der maximal bündelnden Anordnung ein Stück näher an der Lichtquelle 3 angeordnet ist. Im Zentrum des Lichtstrahlkegels ist ein dunkles Kreuz 16 ausgebildet, das von den Spalten zwischen den einzelnen Leuchtdioden des Leuchtdiodenarrays stammt. Dieses Kreuz wird durch die Linse ohne Radialfacetten optisch abgebildet und stört die Ausleuchtung.The 8th shows a similar image of the cone of light beam, wherein the lens for widening the cone of light beam with respect to the maximum focusing arrangement a little closer to the light source 3 is arranged. At the center of the cone of light rays is a dark cross 16 formed, which comes from the gaps between the individual LEDs of the light-emitting diode array. This cross is visually imaged by the lens without radial facets and disturbs the illumination.

Die 12 zeigt eine Abbildung mit gleicher Anordnung, jedoch mit der erfindungsgemäßen Linse 2 gemäß 1, die auf ihrer gesamten Austrittsfläche Radialfacetten aufweist. Die Abbildung des Lichtstrahlkegels auf dem Schirm weist kein Kreuz auf. Im Zentrum ist eine geringfügige Verdunkelung ausgebildet, die durch die Reflektion im Linsenring 7 erzeugt wird, und nicht durch die Struktur der Lichtquelle verursacht wird.The 12 shows an image with the same arrangement, but with the lens according to the invention 2 according to 1 which has radial facets on its entire exit surface. The image of the cone of light rays on the screen has no cross. In the center, a slight darkening is formed by the reflection in the lens ring 7 is generated, and is not caused by the structure of the light source.

Die 14a–14c zeigen die Simulation der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung ohne Radialfacetten, d. h. mit der in 5 gezeigten Linse. Hierbei wird jeweils nur die Abbildung eines Segmentes der Linse von 10° betrachtet. 14a zeigt die von der Sammellinse erzeugte Abbildung, in der man sehr exakt die vier quadratischen Leuchtdioden erkennen kann. 14b zeigt die durch den Linsenring erzeugte Abbildung, in welcher die einzelnen Leuchdioden etwas verschmiert sind, deren Struktur jedoch noch gut erkennbar ist. 14c zeigt die vollständige Abbildung sowohl der Sammellinse als auch der Ringlinse. Die Strukturen der Leuchtdioden sind etwas verschwommen aber gut erkennbar.The 14a - 14c show the simulation the illumination intensity distribution on a target surface in a lighting device without radial facets, ie with the in 5 shown lens. Here, only the image of a segment of the lens of 10 ° is considered. 14a shows the image generated by the convergent lens, in which one can very accurately recognize the four square LEDs. 14b shows the image produced by the lens ring, in which the individual light-emitting diodes are slightly smeared, the structure of which is still clearly recognizable. 14c shows the complete picture of both the condenser lens and the ring lens. The structures of the LEDs are a bit blurry but easily recognizable.

Die 15a–15c zeigen eine Simulation der entsprechenden Beleuchtungsstärkeverteilung gemäß den 14a–14c, wobei hier jedoch ein Segment von 10° betrachtet wird, das eine Radialfacette darstellt. In 15a wird die Abbildung der Radialfacette im Bereich der Sammellinse gezeigt. Die Leuchtdioden sind in diesem Bild in Vertikalrichtung verschmiert. Eine entsprechende Verschmierung kann man auch in Bild 15b und 15c erkennen. Es sind noch gewisse Strukturen der Lichtquelle vorhanden, die jedoch im Vergleich zur Darstellung in 14c wesentlich stärker verschmiert sind.The 15a - 15c show a simulation of the corresponding illuminance distribution according to the 14a - 14c However, here is a segment of 10 ° is considered, which represents a radial facet. In 15a the image of the radial facet in the area of the condenser lens is shown. The LEDs are smeared in this image in the vertical direction. A corresponding smearing can also be seen in the picture 15b and 15c detect. There are still some structures of the light source available, but compared to the representation in 14c are smeared much stronger.

Die 16a–16c zeigen die Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche der Beleuchtungsvorrichtung mit der in 5 gezeigten Linse ohne Facetten. Dies entspricht der Darstellung in den 14a–14c, wobei jedoch nicht ein einzelnes Segment, sondern das gesamte optische System betrachtet wird. Die Sammellinse erzeugt wiederum ein sehr exaktes Abbild der Lichtquelle (16a). Die Ringlinse führt zur einer rotationssymmetrischen Beleuchtungsstärkeverteilung mit einem dunklen Fleck in der Mitte (16b). Das Gesamtbild ist eine Überlagerung aus beiden Teilbildern (16c) Die 17a–17c zeigen die Beleuchtungsstärkeverteilung mit einer Beleuchtungsvorrichtung mit der in 1 gezeigten Linse. Die Sammellinse erzeugt in etwa eine quadratische Beleuchtungsstärkeverteilung, wobei die ursprüngliche Struktur insbe sondere das dunkle Kreuz zwischen den einzelnen Leuchtdioden, stark verschwommen ist (17a). Die Ringlinse erzeugt wiederum eine rotationssymmetrische Beleuchtungsstärkeverteilung, die aber diesmal keinen dunklen Fleck in der Mitte aufweist (17b). Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. Die Überlagerung beider Teilbilder ergibt einen Lichtstrahlkegel mit einem relativ großen Zentralbereich mit im Wesentlichen homogener Ausleuchtung (17c).The 16a - 16c show the illuminance distribution on a target surface of the lighting device with the in 5 shown lens without facets. This corresponds to the representation in the 14a - 14c but not a single segment, but the entire optical system is considered. The condenser lens in turn produces a very accurate image of the light source ( 16a ). The ring lens leads to a rotationally symmetrical illumination intensity distribution with a dark spot in the middle ( 16b ). The overall picture is a superimposition of both partial pictures ( 16c ) The 17a - 17c show the illuminance distribution with a lighting device with the in 1 shown lens. The converging lens produces approximately a square illumination intensity distribution, wherein the original structure in particular special the dark cross between the individual light-emitting diodes, is very blurred ( 17a ). The ring lens in turn generates a rotationally symmetrical illumination intensity distribution, but this time has no dark spot in the middle ( 17b ). This is a significant advantage over the prior art. The superimposition of both partial images results in a light beam cone having a relatively large central area with substantially homogeneous illumination ( 17c ).

Anhand der 14a–17c kann man erkennen, dass ohne Radialfacetten die optische Abbildung der Lichtquelle durch die Sammellinse wesentlich exakter als durch die Ringlinse ist. An Flächen der Linse, welche zu einer guten optischen Abbildung der Lichtquelle beitragen, ist das Vorsehen von Radialfacetten wichtiger als an Flächen, die das Lichtstrahlbündel grundsätzlich etwas verschmieren. Dies bedeutet, dass eine Linse, die lediglich an der Einritts- oder Austrittsfläche der Sammellinse Radiafacetten aufweist, bereits eine gute Verschmierung des Bildes der Lichtquelle bewirkt. Den geringsten Effekt bewirken die Radialfacetten an der totalreflektierenden Mantelfläche. Hier wird zwar auch eine bestimmte Verschmierung erzeugt, jedoch ist der Effekt nicht so ausgeprägt wie bei Radialfacetten an den Eintritts- und Austrittsflächen der Sammellinse bzw. des Linsenringes.Based on 14a - 17c It can be seen that without radial facets the optical imaging of the light source by the converging lens is much more accurate than by the ring lens. On surfaces of the lens, which contribute to a good optical image of the light source, the provision of radial facets is more important than on surfaces that generally blur the light beam somewhat. This means that a lens which has radiating facets only at the entry or exit face of the condenser lens already effects a good smearing of the image of the light source. The least effect is achieved by the radial facets on the totally reflecting surface. Although a certain smearing is produced here as well, the effect is not as pronounced as with radial facets at the entry and exit surfaces of the converging lens or the lens ring.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer mit Radialfacetten 14 ausgebildeten Linse 2 ergibt somit einen Lichtstrahlkegel, dessen Beleuchtungsstärke zumindest im Zentrum wesentlich gleichmäßiger als bei identischen Linsen ohne Radialfacetten ist, wodurch die Qualität der Ausleuchtung erheblich gesteigert wird. Durch die Radialfacetten 14 wird die Intensität des Lichtstrahlkegels nicht verringert. Eine solche Linse mit Radialfacetten ist einfach und kostengünstig herstellbar. Sie ist in ihrer Wirkung exakt vorhersagbar und exakt reproduzierbar. In Verbindung mit einem Leuchtdiodenarray, das von Haus aus eine gewisse Struktur aufweist, und Lichtstrahlen über einen bestimmten Raumwinkelbereich in eine Richtung abstrahlt, ist eine solche Linse mit Radialfacetten optimal, da sie das Licht des Leuchtdiodenarrays zum einen gut bündelt und zum anderen die Strukturen des Leuchtdiodenarrays im Lichtstrahlkegel beseitigt.The lighting device according to the invention with one with radial facets 14 trained lens 2 thus results in a beam cone whose illuminance is much more uniform at least in the center than in identical lenses without radial facets, whereby the quality of the illumination is considerably increased. Through the radial facets 14 the intensity of the light beam cone is not reduced. Such a lens with radial facets is easy and inexpensive to produce. Its effect is precisely predictable and exactly reproducible. In conjunction with a light-emitting diode array, which inherently has a certain structure, and radiates light rays over a certain solid angle range in one direction, such a lens with radial facets is optimal, since it bundles the light of the light-emitting diode array for a well and on the other the structures of Light-emitting diode arrays eliminated in the beam cone.

In 4a und 4b ist ein Ausführungsbeispiel der Linse 2 gezeigt, das Radialfacetten 14 auch an den beiden Eintrittsflächen 5, 8 und an der total reflektierenden Mantelfläche 10 des Linsenrings 7 aufweist. Bei solchen Ausbildungen der Linse wird eine noch stärkere Verschmierung der einzelnen Bilder der Lichtquelle erzielt und eine noch gleichmäßigere Ausleuchtung im zentralen Bereich des Lichtstrahlkegels erzielt. Vorzugsweise sind die Radialfacetten der Eintrittsflächen 5, 8 und der Austrittsflächen 6, 9 und gegebenenfalls der total reflektierenden Mantelfläche 10 zueinander jeweils um einen bestimmten Winkelbetrag versetzt.In 4a and 4b is an embodiment of the lens 2 shown the radial facets 14 also at the two entrance surfaces 5 . 8th and on the totally reflective outer surface 10 of the lens ring 7 having. In such embodiments of the lens, an even stronger smearing of the individual images of the light source is achieved and an even more uniform illumination in the central region of the light beam cone is achieved. Preferably, the radial facets of the entrance surfaces 5 . 8th and the exit surfaces 6 . 9 and optionally the totally reflecting lateral surface 10 each offset by a certain angle.

Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen umlaufend um die Rotationsachse 11 Radialfacetten ohne Lücke auf. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Radialfacetten mit Abstand zwischen benachbarten Radialfacetten vorzusehen. Die Radialfacetten in oben erläuterten Ausführungsbeispielen weisen jeweils die gleiche Winkelbreite auf. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Radialfacetten vorzusehen, die sich über unterschiedliche Winkelabschnitte von zum Beispiel 2° bis 10° erstrecken.The above-described embodiments of the present invention have circumferentially about the axis of rotation 11 Radial facets without gap on. Within the scope of the invention, it is also possible to provide radial facets with spacing between adjacent radial facets. The radial facets in exemplary embodiments explained above each have the same angular width. In the context of the invention, it is also possible to provide radial facets which extend over different angle sections of the Example 2 ° to 10 ° extend.

Zur Erhaltung einer hohen Lichtstärke ist es vorteilhaft eine Vielzahl von Radialfacetten vorzusehen. Bei großen Radialfacetten wird der Lichtstrahlkegel durch die Verschmierung erheblich aufgeweitet, weshalb die Anzahl der Radialfacetten nicht zu klein gewählt werden sollte. Die Anzahl der Radialfacetten sollte zumindest 10, vorzugsweise zumindest 20, insbesondere vorzugsweise zumindest 50 und besonders vorzugsweise zumindest 100 betragen.to Preservation of a high light intensity, it is advantageous one Provide variety of radial facets. For large radial facets the cone of light is considerably widened by the smearing, Therefore, the number of radial facets not too small should be. The number of radial facets should be at least 10, preferably at least 20, in particular preferably at least 50 and particularly preferably at least 100.

Die Verschmierung wird hingegen umso stärker, je größer die Radialfacetten sind und damit je geringer die Anzahl der Radialfacetten ist. Deshalb ist eine Anzahl von nicht mehr als 120, vorzugsweise nicht mehr als 100, insbesondere nicht mehr als 90, und besonders vorzugsweise nicht mehr als 60 Radialfacetten zweckmässig.The Smearing, on the other hand, becomes stronger the greater the radial facets are and thus the lower the number of radial facets is. Therefore, a number of not more than 120, preferably not more than 100, especially not more than 90, and more preferably not more than 60 radial facets appropriate.

Ein sehr guter Kompromiss zwischen diesen gegenläufigen Anforderungen ist die Anzahl von 36 bzw. 72 Radialfacetten mit einer Winkelbreite der jeweiligen Radialfacetten von 10° bzw. 5°.One very good compromise between these conflicting requirements is the number of 36 or 72 radial facets with an angular width the respective radial facets of 10 ° or 5 °.

Die Erfindung ist oben anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer Hybrid-Linse erläutert worden. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Beleuchtungsvorrichtung mit anderen Sammellinsen auszubilden.The Invention is above with reference to an embodiment with a hybrid lens has been explained. Within the scope of the invention It is also possible, the lighting device with others Train collecting lenses.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist insbesonderen zur Ausbildung von Taschenlampen vorgesehen. Sie kann jedoch auch sehr vorteilhaft bei Operationsleuchten verwendet werden.The The lighting device according to the invention is in particular intended for the training of flashlights. She can, however be used very advantageously in surgical lights.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere mit der totalreflektierenden Mantelfläche für die Ausbildung eines Arrays von Beleuchtungsvorrichtungen mit jeweils einer Leuchtdiode und einer Linse sehr zweckmässig, da sie zum Einen eine gute Bündelung des Lichtes bei gleichmässiger Lichtstärke als auch einen geringen Streulichtanteil aufweisen.Farther is the lighting device according to the invention, in particular with the totally reflecting lateral surface for the formation of an array of lighting devices each with a light emitting diode and a lens very convenient because On the one hand, they are a good bundling of light with uniformity Have light intensity and a low proportion of scattered light.

Als Leuchtdioden werden vorzugsweise weißes Licht abstrahlende Leuchtdioden verwendet.When Light-emitting diodes are preferably emitting white light Light emitting diodes used.

Es kann auch zweckmässig sein, ein Array von Leuchtdioden vorzusehen, die jeweils Licht in unterschiedlicher Farbe abstrahlen. Durch die Mischung des Lichtes der einzelnen Leuchtdioden aufgrund der Radialfacetten entsteht ein Lichtstrahlkegel mit etwa homogener Farbverteilung, wobei die Farbe des Lichtstrahlkegels alleine durch unterschiedliche Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden veränderbar ist.It may also be appropriate, an array of light emitting diodes provide, each emitting light in different colors. Due to the mixture of the light of the individual LEDs due The radial facets create a light beam cone with approximately homogeneous Color distribution, the color of the cone of light beam alone by different control of the individual LEDs changed is.

Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Linse zum Bündeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes. Die Lichtquelle ist aus einem Leuchtdiodenarray ausgebildet. Die Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Linse an der Eintrittsfläche oder/und an der Austrittsfläche Radialfacetten aufweist. Hierdurch werden im erzeugten Lichtstrahlkegel die Strukturen der Lichtquelle beseitigt und man erhält zumindest im zentralen Bereich des Lichtstrahlkegels eine gleichmäßige Ausleuchtung.The invention can be briefly summarized as follows:
The invention relates to a lighting device with a light source and a lens for bundling the light emitted by the light source. The light source is formed from a light-emitting diode array. The illumination device is characterized in that the lens has radial facets at the entrance surface and / or at the exit surface. As a result, the structures of the light source are eliminated in the light beam cone produced and obtained at least in the central region of the light beam cone uniform illumination.

11
Beleuchtungsvorrichtunglighting device
22
Linselens
33
Lichtquellelight source
44
Sammellinseconverging lens
55
Eintrittsflächeentry surface
66
Austrittsflächeexit area
77
Linsenringlens ring
88th
Eintrittsflächeentry surface
99
Austrittsflächeexit area
1010
Mantelflächelateral surface
1111
optische Achseoptical axis
1212
LichtstrahlenbündelLight beam
1313
Abstrahlrichtungradiation direction
1414
RadialfacetteRadialfacette
1515
dunkler Fleckdark spot
1616
dunkles KreuzDark cross

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - www.cree.com/xlamp [0045] - www.cree.com/xlamp [0045]
  • - www.zled.com [0046] - www.zled.com [0046]
  • - www.ledlenser.de/technologie/reflektor_line.html [0048] - www.ledlenser.de/technologie/reflektor_line.html [0048]

Claims (15)

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (3) und einer Linse (2) zum Bündeln des von der Lichtquelle (3) abgegebenen Lichtes (12), wobei – die Lichtquelle (3) aus einem Leuchtdiodenarray ausgebildet ist, und – die Linse (2) zumindest an einem Teil an der Eintrittsfläche (5, 8) oder/und zumindest an einem Teil der Austrittsfläche (6, 9) oder/und zumindest an einem Teil einer totalreflektierenden Mantelfläche (10) Radialfacetten (14) aufweist.Lighting device with a light source ( 3 ) and a lens ( 2 ) for bundling the light source ( 3 ) emitted light ( 12 ), where - the light source ( 3 ) is formed from a light-emitting diode array, and - the lens ( 2 ) at least at one part at the entrance surface ( 5 . 8th ) and / or at least at a part of the exit surface ( 6 . 9 ) and / or at least on a part of a totally reflecting lateral surface ( 10 ) Radial facets ( 14 ) having. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen die gesamte Eintrittsfläche (5, 8) und/oder die gesamte Austrittsfläche (6, 9) der Linse mit Radialfacetten (14) ausgebildet ist.Lighting device according to claim 1, characterized in that substantially the entire entrance surface ( 5 . 8th ) and / or the entire exit surface ( 6 . 9 ) of the lens with radial facets ( 14 ) is trained. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) etwa rotationssymmetrisch um eine optische Achse (11) ausgebildet ist, wobei sich die Radialfacetten (14) von der optischen Achse (11) bis zum Rand der Eintrittsfläche (5, 8) oder der Austrittsfläche (6, 9) erstrecken.Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the lens ( 2 ) approximately rotationally symmetrical about an optical axis ( 11 ), wherein the radial facets ( 14 ) from the optical axis ( 11 ) to the edge of the entrance surface ( 5 . 8th ) or the exit surface ( 6 . 9 ). Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) in einem Abstand zur Lichtquelle (3) angeordnet ist, dass das von der Lichtquelle (3) abgegebene Licht gebündelt wird und vorzugsweise die Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird.Lighting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lens ( 2 ) at a distance to the light source ( 3 ) is arranged that of the light source ( 3 ) emitted light is focused and preferably the light source is displayed at infinity. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) bzgl. der Lichtquelle (3) entlang der optischen Achse verschieblich angeordnet ist.Lighting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lens ( 2 ) with respect to the light source ( 3 ) is slidably disposed along the optical axis. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine einzige Linse (2) aufweist.Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lighting device ( 1 ) a single lens ( 2 ) having. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) eine Hybrid-Linse ist, die aus einer mittig angeordneten Sammellinse (4) und einen die mittige Sammellinse (4) umgebenden total reflektierenden Linsenring (7) ausgebildet ist.Lighting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lens ( 2 ) is a hybrid lens which consists of a centrally arranged converging lens ( 4 ) and one the central convergent lens ( 4 ) surrounding totally reflective lens ring ( 7 ) is trained. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialfacetten (14) sich über einen Winkelbereich zwischen 2° und 15° erstrecken.Lighting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the radial facets ( 14 ) extend over an angular range between 2 ° and 15 °. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) zumindest zehn Radialfacetten (14) aufweist.Lighting device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lens ( 2 ) at least ten radial facets ( 14 ) having. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) eine spritzgegossene Kunststofflinse ist, die insbesondere aus PMMA oder aus Polycarbonat ausgebildet ist.Lighting device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the lens ( 2 ) is an injection-molded plastic lens, which is formed in particular of PMMA or polycarbonate. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung Bestandteil einer Taschenlampe oder einer Operationsleucht ist.Lighting device according to one of the claims 1 to 10, characterized in that the lighting device Component of a flashlight or a surgical light. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtidioden des Leuchtdiodenarrays zum Abstrahlen von weißen Licht ausgebildet sind.Lighting device according to one of the claims 1 to 11, characterized in that the light emitting diodes of the light emitting diode array are designed for emitting white light. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden des Leuchtdiodenarrays zum Abstrahlen von Licht mit unterschiedlichen Farben ausgebildet sind.Lighting device according to one of the claim 1 to 11, characterized in that the light-emitting diodes of the light-emitting diode array designed to emit light of different colors are. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Lichtquellen (3) und Linsen (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 umfassen, wobei jeder Lichtquelle jeweils eine Linse zugeordnet ist.Lighting device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the lighting device comprises a plurality of light sources ( 3 ) and lenses ( 2 ) according to one of claims 1 to 13, wherein each light source is associated with a respective lens. Linse für eine Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (2) zumindest an einem Teil der Eintrittsfläche (5, 8) oder/und an einem Teil der Austrittsfläche (6, 9) oder/und zumindest an einem Teil einer totalreflektierenden Mantelfläche (10) Radialfacetten (14) aufweist.Lens for a lighting device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the lens ( 2 ) at least at a part of the entrance surface ( 5 . 8th ) and / or at a part of the exit surface ( 6 . 9 ) and / or at least on a part of a totally reflecting lateral surface ( 10 ) Radial facets ( 14 ) having.
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