DE102008036845B4 - lighting device - Google Patents

lighting device

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DE102008036845B4
DE102008036845B4 DE200810036845 DE102008036845A DE102008036845B4 DE 102008036845 B4 DE102008036845 B4 DE 102008036845B4 DE 200810036845 DE200810036845 DE 200810036845 DE 102008036845 A DE102008036845 A DE 102008036845A DE 102008036845 B4 DE102008036845 B4 DE 102008036845B4
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    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (3) und einer Linse (2) zum Bündeln des von der Lichtquelle (3) abgegebenen Lichtes (12), wobei Lighting device emitted with a light source (3) and a lens (2) for condensing the light from the source (3) light (12), wherein
– die Lichtquelle (3) aus einem Leuchtdiodenarray ausgebildet ist, und - the light source (3) is formed of a light emitting diode array, and
– 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, welche durch ausschließlich senkrecht zu einer 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. - the lens (2) at least at a portion on the entry face (5, 8) and / or at least on a part of the exit surface (6, 9) and / or at least a part of a totally reflecting surface (10) radial facets (14) which may be represented by only perpendicular to a rotational axis of the lens extending, straight or slightly curved line portions parallel to each other and each touch a concentric circle tangent to the rotational axis all.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Linse zum Bündeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes. The present invention relates to a lighting device having a light source and a lens for converging the light emitted by the light source.
  • Derartige Beleuchtungsvorrichtungen sind seit langer Zeit bekannt. Such illumination devices are known for a long time. Sie werden unter anderem als Taschenlampen und Scheinwerfer eingesetzt. They are used among other things as flashlights and headlamps. Diese Beleuchtungsvorrichtungen können als Lichtquelle eine Glühfadenlampe, Halogenglühlampe, Gasentladungslampe oder Leuchtdiode aufweisen. These lighting devices may have as a light source a filament lamp, halogen lamp, gas discharge lamp or light emitting diode.
  • Diese Beleuchtungsvorrichtungen können mit unterschiedlichem Abstrahlwinkel ausgebildet sein. These lighting devices can be configured with different angle. Es ist auch bekannt, durch Verschieben der Linse gegenüber der Lichtquelle den Abstrahlwinkel zu verändern. It is also known to change by moving the lens relative to the beam angle of the light source. Bei einer starken Bündelung des Lichtes (geringer Abstrahlwinkel) besteht das Problem, dass eine optische Abbildung der Lichtquelle erzeugt wird. In a strong focusing of the light (low beam angle), the problem that an optical image of the light source is generated. Eine ideale Bündelung des Lichtes wird durch eine exakte optische Abbildung der Lichtquelle bewirkt. An ideal focusing of the light is effected by a precise optical imaging of the light source. Jedoch weisen Lichtquellen Strukturen auf, die bei der Beleuchtungsvorrichtung nicht im Lichtstrahlkegel erkennbar sein sollten. But have light sources to structures that should not be visible in the cone of light rays in the lighting device. Bei einer Glühwendel wird man beispielsweise die Wendel erkennen. In a filament will be seen, for example, the filament. Bei Verwendung eines Leuchtdiodenarrays würde ein Lichtkegel mit mehreren hellen Punkten erzeugt werden. When using a light emitting diode array, a light beam would be generated with a plurality of bright spots. Grundsätzlich besteht jedoch der Wunsch, zumindest im Mittenbereich des Lichtstrahlkegels eine möglichst gleichmäßige, helle Ausleuchtung zu erzielen. Basically, however, there is a desire to achieve an even, bright illumination very at least in the central region of the cone of light rays.
  • Eine solche gleichmäßige Ausleuchtung wird durch das Vorsehen von Streustrukturen auf der Linse bewirkt. Such uniform illumination is effected by the provision of scattering structures on the lens. Es gibt makroskopische Streustrukturen, zum Beispiel in Form von Rillen und Vorsprüngen, und mikroskopische Streustrukturen in Form von einer mikroskopisch aufgerauchten Oberfläche. There are macroscopic scattering structures, for example in the form of grooves and protrusions, and microscopic scattering structures in the form of a microscopically been smoked surface.
  • Bei derartigen Streustrukturen ist grundsätzlich nachteilig, dass sie schwer reproduzierbar sind, da die Streuung des Lichtes ein rein statistischer Effekt ist. In such scattering structures is basically a disadvantage that they are difficult to reproduce because the scattering of light is a purely statistical effect. 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. This has the consequence that, in the device of a tool for production of corresponding lenses, the tool often has to be post-processed in multiple iterations until the lens has the desired scattering effect. 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. In microscopic structures of the disadvantage arises that the tool wears in the manufacture of a plurality of lenses with time and change the microscopic structures, so that the originally set effect of the scattering effect decreases.
  • Weiterhin sind holografische Streustrukturen bekannt. Further, holographic diffusing structures are known. Diese sind sehr gut reproduzierbar. These are very reproducible. Sie sind aber sehr teuer in der Entwicklung und in der Herstellung. but they are very expensive to develop and produce.
  • Ein weiterer Nachteil von Streustrukturen ist, dass ein Teil des Lichtes aus dem gewünschten Lichtkegel gestreut wird, wodurch die gesamte Lichtleistung verringert wird. Another disadvantage of cluster structures that part of the light is scattered out of the desired cone of light, whereby the entire light power is reduced.
  • Es gibt auch Beleuchtungsvorrichtungen mit Linsen, deren Oberfläche hexagonale Facetten aufweist. There are also lighting devices with lenses whose surface has hexagonal facets. Diese hexagonalen Facetten dienen dazu, den durch das Profil der Linse erzeugten Abstrahlwinkel noch weiter aufzuweiten. This hexagonal facets serve to further widen the angle of radiation generated by the profile of the lens.
  • Die The DE 197 28 354 A1 DE 197 28 354 A1 beschreibt einen Vorsatz für eine Leuchtdiode, der insbesondere als Bremsleuchte für ein Kraftfahrzeug verwendet werden kann. describes an attachment for a light emitting diode, which can be particularly used as a brake light for a motor vehicle. Dieser Vorsatz ist eine transparente Optik mit einem zentralen Linsenelement und einem äußeren Reflektorbereich. This lens is a transparent look with a central lens element and an outer reflector region. Die Lichteintrittsseite ist in einzelne Winkelsektoren unterteilt. The light input side is divided into individual angular sectors. Die Axialquerschnitte aller Axialschnitte sind innerhalb eines Winkelsektors identisch. The axial cross-sections of all axial sections are identical within an angular sector. Innerhalb eines solchen Winkelabschnitts besteht somit Rotationssymetrie um die optische Achse. Within such an angle section thus there is symmetry of revolution about the optical axis. Die Axialquerschnitte der einzelnen Winkelsektoren 25 sind unterschiedlich skaliert, wodurch in den Eckbereichen dieses Vorsatzes Licht abgelenkt werden soll und auch dort austreten soll. The axial cross-sections of the individual angular sectors 25 are scaled differently, whereby light is to be deflected in the corner of this intention and intended to emerge there. Dabei sind die Winkelabschnitte beziehungsweise Winkelsektoren derart definiert, dass die Axialquerschnitte aller Axialschnitte innerhalb eines Winkelsektors identisch sind. In this case, the angular portions or angular sectors are defined such that the axial cross-sections of all axial sections are identical within an angular sector. Wenn alle Axialquerschnitte eines Winkelsektors identsich sind, dann hat dies zur Folge, dass ein jeder Winkelsektor rotationssymmetrisch zur optischen Achse ausgebildet ist. If all axial cross-sections of an angular sector are identsich, this has the consequence that each angular sector is rotationally symmetrical to the optical axis.
  • Aus der From the WO 2006/119735 A1 WO 2006/119735 A1 geht ein LED-Beleuchtungsmodul mit einer LED und einer Vorsatzoptik hervor, die eine innere Sammellinse und einen äußeren Reflektor aufweist. shows a LED lighting module comprising an LED and an optical head having an inner converging lens and an outer reflector.
  • 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. The object of the invention is based is to develop a lighting device having a lens and a light emitting diode array as a light source in such a way that even with a strong focusing of the light uniform light distribution is achieved at least in the center of the radiated light beam at a high light intensity in a simple and reproducible manner.
  • Die Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a lighting device having the features of claim 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments are disclosed in the dependent claims.
  • Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle und eine Linse zum Bündeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes auf. The lighting device according to the invention comprises a light source and a lens for converging the light emitted by the light source. Die Beleuchtungsvorrichtung 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 lighting device is characterized in that the light source is formed of a light emitting diode array and having the lens at the entry surface and / or on the exit surface radial facets.
  • Radialfacetten sind Abschnitte der Eintrittsfläche oder der Austrittsfläche der Linse, die in radialer Richtung verlaufen. Radial facets are portions of the entrance surface or the exit surface of the lens, which extend in the radial direction. 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. They are characterized in that the surface of the lens in the region of such a Radialfacette is represented by a shift of the profile of the lens along a curve which is not rotationally symmetrical to the optical axis. Es ist eine geradlinige Verschiebung oder eine Verschiebung entlang einer nur geringfügig gekrümmten Kurve des Profils etwa senkrecht zum Profil und zur optischen Achse der Linse, also das heißt, 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. It is a linear displacement or a displacement along an only slightly bent curve of the profile approximately perpendicularly to the profile and to the optical axis of the lens, that is to say that the Radialfacette be represented by exclusively perpendicular to the axis of rotation of the lens extending, straight or slightly curved line segments , all parallel to each other and each touch a concentric circle tangent to the rotational axis.
  • Die erfindungsgemäße Linse ist nur "etwa" rotationssymmetrisch, da durch die Radialfacette die Rotationssymmetrie gebrochen wird. The lens of the invention is only "about" rotationally symmetrical, since the rotational symmetry is broken by the Radialfacette. Bei einer exakten Fokussierung der Linse, zum Beispiel ins Unendliche, wird die Lichtquelle von einer Radialfacette nicht exakt abgebildet, sondern in tangentialer Richtung verschmiert. In a precise focusing of the lens, for example, to infinity, the light source is not imaged by a Radialfacette exactly, but smeared in a tangential direction. 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. Since the lens has a plurality of radial facets, which smear the target image respectively in different directions, where the individual target images are superimposed, the result is an overall target image, wherein the features contained in an exact image are smeared, so that a uniform illumination of at least the central region of the cone of light rays is obtained.
  • Die Wirkung der Radialfacetten ist zum einen exakt vorhersagbar und zum anderen exakt reproduzierbar. The effect of the radial facets to a precisely predictable and precisely reproduced to another. 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. Further, no light is scattered out of the desired light cone through the radial facets, whereby a higher luminous efficiency is achieved compared to conventional lenses with scattering structures. Die Radialfacetten sind wesentlich einfacher und kostengünstiger als holografische Streustrukturen zu entwickeln und herzustellen. The radial facets are essential to develop and easier to manufacture and cheaper than holographic scattering structures.
  • 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 manufacture, exactly reproducible in effect and highly efficiently in the light yield, the structures of the light source are removed in the light beam.
  • Vorzugsweise sind im Wesentlichen die gesamte Eintrittsfläche und/oder die gesamte Austrittsfläche der Linse mit Radialfacetten ausgebildet. Preferably, the entire entry surface and / or the entire exit surface of the lens are formed with radial facets substantially.
  • 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 of the optical axis to the edge of 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. The illumination device is preferably designed such that the lens is arranged at a distance from the light source such that the light emitted from the light source is condensed, and preferably the light source is imaged at infinity. Auch bei einer solchen Abbildung der Lichtquelle wird durch die Radialfacetten eine Verschmierung erzielt, die die Strukturen der Lichtquelle im Lichtkegel beseitigt. Even in such image of the light source is a smearing is achieved by the radial facets, which eliminates the structures of the light source in the light beam.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Beleuchtungsvorrichtung kann die Linse bezüglich der Lichtquelle entlang der optischen Achse verschieblich angeordnet sein. According to a development of the lighting device, the lens can be arranged displaceably with respect to the light source along the optical axis. Hierdurch lässt sich der Abstrahlwinkel der Beleuchtungsvorrichtung verstellen. This reduces the angle of the lighting device can be adjusted.
  • Ein Lichtkegel mit gleichmäßiger Ausleuchtung von zumindest einem zentralen Bereich wird mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer einzigen Linse erzielt. A cone of light with uniform illumination of at least a central area is achieved with the inventive lighting device with a single lens. Es können jedoch noch weitere Linsen vorgesehen sein, die der Beleuchtungsvorrichtung zusätzliche Funktionen verleihen. However, it can further be provided lenses that give the lighting device with 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 a preferred embodiment, the lens is a hybrid lens, which is formed from a centrally arranged collecting lens and a surrounding the central converging lens totally reflecting lens ring.
  • 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 in each case over an angular range of 2 ° to 15 °, preferably 3 ° to 10 ° and particularly preferably 3 ° to 5 °.
  • Die Linse ist vorzugsweise eine spritzgegossene Kunststofflinse. The lens is preferably an injection molded plastic lens. Ein Kunststoffmaterial mit guten optischen und mechanischen Eigenschaften ist PMMA. A plastic material with good optical and mechanical properties of 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. The invention will be exemplary explained below with reference to the drawings, exemplary embodiments illustrated. Die Zeichnungen zeigen in: In the drawings:
  • 1 1 eine erfindungsgemäße Linse in perspektivischer Ansicht, a lens according to the invention in perspective view;
  • 2 2 einen Querschnitt durch die Linse aus a cross-section through the lens of 1 1 , .
  • 3 3 schematisch eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit der Linse aus schematically illustrates a lighting device according to the invention with the lens from 1 1 in einer Schnittdarstellung und dem Strahlenverlauf, in a sectional view and the beam path,
  • 4a 4a eine weitere erfindungsgemäße Linse in einer perspektivischen Ansicht mit Blickrichtung auf die Austrittsfläche, a further lens according to the invention in a perspective view looking toward the exit face,
  • 4b 4b die Linse aus the lens from 4a 4a in perspektivischer Ansicht mit Blickrichtung auf die Eintrittsfläche, in a perspective view looking toward the entry face,
  • 5 5 eine Linse nach dem Stand der Technik mit der gleichen Grundform wie die in a lens according to the prior art with the same basic shape as the in 1 1 und and 4a 4a und and 4b 4b gezeigten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, Embodiments shown of the present invention,
  • 6 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, an image of the cone of light rays onto a screen, wherein the illumination device is formed with a lens without radial facets and wherein the light source is imaged to infinity,
  • 7 7 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß an illuminance histogram is a bar chart of the light cone in accordance with 6 6 , .
  • 8 8th 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, an image of the cone of light rays onto a screen, wherein the illumination device is formed with a lens without radial facets and wherein the cone of light rays is widened with respect to an image of the light source to infinity,
  • 9 9 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß an illuminance histogram is a bar chart of the light cone in accordance with 8 8th , .
  • 10 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, an image of the cone of light rays onto a screen, wherein the illumination device is formed with a lens having a radial facets and wherein the light source is imaged to infinity,
  • 11 11 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß an illuminance histogram is a bar chart of the light cone in accordance with 10 10 , .
  • 12 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 an image of the cone of light rays onto a screen, wherein the illumination device is formed with a lens having a radial facets and wherein the cone of light rays is widened with respect to an image of the light source to infinity, and
  • 13 13 ein Beleuchtungsstärkehistogramm in Form eines Balkendiagramms des Lichtkegels gemäß an illuminance histogram is a bar chart of the light cone in accordance with 12 12 , .
  • 14a 14a - 14c 14c eine Simulation der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei ein Linsensegment von 10° betrachtet wird, a simulation of the illuminance distribution on a target surface for an illumination device, wherein a lens segment is considered by 10 °,
  • 15a 15a - 15c 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, a simulation of the illuminance distribution on a target surface in a lighting apparatus, wherein a Radialfacette of 10 ° is considered on the exit surface of the lens portion and the annular lens portion,
  • 16a 16a - 16c 16c eine Simulation der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei der Lichtdurchtritt durch die gesamte Linse betrachtet wird, die keine Facetten aufweist, a simulation of the illuminance distribution on a target surface in a lighting apparatus, wherein the light passage is viewed through the entire lens which has no facet,
  • 17a 17a - 17c 17c eine Simulation 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. a simulation of the illuminance distribution on a target surface in a lighting apparatus, wherein the light passage is viewed through the entire lens having at the exit surface with radial facets of the angle width of 10 °.
  • Die The 1 1 , . 2 2 und and 3 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung show a first embodiment of a lighting device according to the invention 1 1 bzw. die hierbei verwendete Linse or the lens used here 2 2 . ,
  • Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle The lighting device includes a light source 3 3 auf, die als Leuchtdiodenarray ausgebildet ist. , which is formed as a light emitting diode array. Solche Leuchtdiodenarrays werden zum Beispiel von der Firma Cree Inc., USA unter der Handelsbezeichnung Cree ® XLamp ® MC-E LED angeboten. Such LEDs arrays are available, for example, by the company Cree Inc., USA under the trade name Cree ® XLamp ® MC-E LED. Dieses Leuchtdiodenarray besitzt vier Leuchtdioden, die jeweils quadratisch ausgebildet sind. This light emitting diode array has four light emitting diodes which are each formed square. Die Leuchtdioden sind in der Draufsicht innerhalb eines Quadrates angeordnet, wobei zwischen den einzelnen Leuchtdioden ein kreuzförmiger Spalt ausgebildet ist. The light emitting diodes are arranged in plan view, inside a square wherein a cross-shaped gap is formed between the individual light emitting diodes. Die Leuchtdioden können nicht auf Stoß im Leuchtdiodenarray angeordnet sein. The LEDs can not be located on impact in the LED array. Ein Datenblatt dieser Leuchtdioden ist unter www.cree.com/xlamp erhältlich. A sheet of light-emitting diodes is available at www.cree.com/xlamp. Dieses Leuchtdiodenarray ist mit integrierter Vorsatzlinse ausgebildet. 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. Another suitable for the inventive lighting device emitting diode array is sold by Seoul Semiconductor Product of W724C0. Auch dieses Leuchtdiodenarray weist vier im Quadrat angeordnete, quadratische Leuchtdioden auf, wobei zwischen einzelnen Leuchtdioden ein Spalt ausgebildet ist. Also, this light emitting diode array comprises four arranged in a square, square light-emitting diodes, wherein a gap is formed between the individual LEDs. Hierdurch wird ein kreuzförmiger Bereich verursacht, an dem kein Licht abgestrahlt wird. Hereby a cross-shaped region is caused where no light is emitted. Auch dieses Leuchtdiodenarray weist eine Vorsatzlinse auf. Also this light emitting diode array has a conversion lens. Ein entsprechendes Datenblatt ist unter www.zled.com erhältlich. A separate data sheet is available under www.zled.com.
  • Im Rahmen der Erfindung können solche Leuchtdiodenarrays mit und ohne Vorsatzlinse verwendet werden. In the invention, such light emitting diode array can be used with or without a conversion lens.
  • Die Grundform der Linse The basic shape of the lens 2 2 ist an sich bekannt ( is known per se ( 5 5 ). ). Sie ist z. She is such. B. auf www.ledlenser.de/technologie/reflektor_line.html. B. on www.ledlenser.de/technologie/reflektor_line.html. Diese Linse weist eine mittige Sammellinse This lens has a central convex lens 4 4 mit einer konvexen Eintrittsfläche having a convex entrance surface 5 5 und einer konvexen Austrittsfläche and a convex exit surface 6 6 auf. on. Die Sammellinse The converging lens 4 4 ist von einem totalreflektierenden Linsenring is a total reflection lens ring 7 7 umgeben. surround. Der Linsenring The lens ring 7 7 weist eine Eintrittsfläche has an entry surface 8 8th , eine Austrittsfläche , An exit surface 9 9 sowie eine Mantelfläche and a shell surface 10 10 auf. on.
  • Die Linse The Lens 2 2 ist etwa rotationssymmetrisch um eine optische Achse is approximately rotationally symmetrical about an optical axis 11 11 ausgebildet. educated. Die Lichtquelle The light source 3 3 ist mit ihrem Mittelpunkt auf der optischen Achse with its center on the optical axis 11 11 derart angeordnet, dass das von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahlenbündel arranged such that the light emitted from the light source light beam 12 12 in Richtung zu den Eintrittsflächen toward the entry faces 5 5 und and 8 8th der Linse the lens 2 2 abgestrahlt wird. is radiated.
  • Die Eintrittsfläche The entrance surface 8 8th des Linsenrings the lens ring 7 7 erstreckt sich vom Rand der Sammellinse extending from the edge of the converging lens 4 4 in Richtung zur Lichtquelle in towards the light source 3 3 , wobei die Eintrittsfläche Wherein the entrance surface 8 8th gegenüber der optischen Achse geringfügig geneigt ist, so dass sich ein durch die Eintrittsfläche is slightly inclined to the optical axis, so that a through the entry face 8 8th beschriebene etwa kegelförmige Torus in Richtung zur Sammellinse described generally cone-shaped torus toward the converging lens 4 4 verjüngt. rejuvenated. Diese Verjüngerung ist aus Fertigungsgründen zweckmäßig. This rejuvenation is expedient for production reasons. Aus optischen Gründen ist sie nicht notwendig. For optical reasons, it is not necessary. Die Austrittsfläche The exit surface 9 9 des Linsenrings the lens ring 7 7 erstreckt sich vom Rand der Sammellinse extending from the edge of the converging lens 4 4 in Abstrahlrichtung in the emission 13 13 , wobei die Austrittsfläche gegenüber der optischen Achse Wherein the exit area with respect to the optical axis 11 11 stärker als die Eintrittsfläche stronger than the entry surface 8 8th geneigt ist und einen sich in Richtung zur Lichtquelle is inclined in a direction towards the light source 3 3 verjüngenden etwa kegelförmigen Torus beschreibt. describes tapered approximately conical torus.
  • Die Mantelfläche The lateral surface 10 10 des Linsenrings the lens ring 7 7 erstreckt sich etwa von den äußeren Rändern der Eintrittsfläche extends approximately from the outer edges of the entrance surface 8 8th und der Austrittsfläche and the exit surface 9 9 und bildet einen sich in Abstrahlrichtung and forming an emission direction in 13 13 aufweitetenden etwa kegelförmigen Torus. aufweitetenden approximately cone-shaped torus.
  • Die Eintrittsfläche The entrance surface 8 8th , die Mantelfläche , The outer surface 10 10 und die Austrittsfläche and the exit surface 9 9 des Linsenrings the lens ring 7 7 sind mit einem 2D-Maßschneideverfahren berechnete Freiformflächen, die etwas von der exakten Form eines kegelförmigen Torus abweichen. are calculated with a 2D Maßschneideverfahren free-form surfaces, which deviate somewhat from the exact shape of a conical torus. An der Eintrittsfläche At the entry surface 8 8th und der Austrittsfläche and the exit surface 9 9 wird ein Teil der von der Lichtquelle a portion of the from the light source 3 3 ausgesandten Lichtstrahlen derart gebrochen, dass diese ähnlich wie von der Sammellinse emitted light rays refracted such that they like by the convergent lens 4 4 gebündelt werden. are bundled. An der Mantelfläche On the lateral surface 10 10 werden die Lichtstrahlen unter Totalreflektion reflektiert. the light beams are reflected by total reflection. Diese Linse besitzt eine große numerische Apertur und kann das von der Lichtquelle This lens has a large numerical aperture and the can from the light source 3 3 ausgesandte Lichtstrahlenbündel stark bündeln. bundle emitted light beam strong.
  • Erfindungsgemäß ist die Linse According to the invention, the lens 2 2 zumindest an einem Teil der Eintrittsflächen at least a part of the entry surfaces 5 5 , . 8 8th und/oder an einem Teil der Austrittsflächen and / or at a part of exit surfaces 6 6 , . 9 9 und/oder an einem Teil der totalreflektierenden Mantelfläche and / or at a part of the totally reflecting lateral surface 10 10 mit Radialfacetten with radial facetted 14 14 versehen. Provided.
  • Radialfacetten radial facetted 14 14 sind Abschnitte der Eintrittsflächen are portions of the entrance surfaces 5 5 , . 8 8th oder der Austrittsflächen or exit surfaces 6 6 , . 9 9 oder der Mantelfläche or the lateral surface 10 10 der Linse the lens 2 2 , die in radialer Richtung verlaufen. Which extend in the radial direction. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die Oberfläche der Linse im Bereich einer solchen Radialfacette They are characterized in that the surface of the lens in the region of such a Radialfacette 14 14 durch eine Verschiebung des Profils der Linse entlang einer Kurve, die nicht zur optischen Achse rotationssymmetrisch ist, dargestellt wird. is represented by a shift of the profile of the lens along a curve which is not rotationally symmetrical to the optical axis. 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. Preferably, it is a linear displacement or a displacement along an only slightly curved profile curve of the profile and approximately perpendicularly to the optical axis of the lens. 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. In mathematical terms, this means that the Radialfacette be represented by exclusively perpendicular to the axis of rotation of the lens extending, straight or slightly curved line portions parallel to each other and each touch a concentric circle tangent to the rotational axis all.
  • Die erfindungsgemäße Linse The lens of the invention 2 2 ist nur "etwa" rotationssymmetrisch, da durch die Radialfacetten is only "about" rotationally symmetrical, since due to the radial facets 14 14 die Rotationssymmetrie gebrochen wird. the rotational symmetry is broken. Bei einer exakten Fokussierung der Linse, zum Beispiel ins Unendliche, wird die Lichtquelle In a precise focusing of the lens, for example, to infinity, the light source is 3 3 von einer Radialfacette from a Radialfacette 14 14 nicht exakt abgebildet, sondern in Tangentialrichtung verschmiert. not shown exactly, but smeared in the tangential direction. Da die Linse Since the lens 2 2 mehrere Radialfacetten more radial facets 14 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. having the smear the target image respectively in different directions, where the individual target images are superimposed, the result is an overall target image, wherein the features contained in an exact image are smeared, so that a uniform illumination of at least the central region of the cone of light rays is obtained.
  • Beim ersten Ausführungsbeispiel ( (In the first embodiment 1 1 ) weist die Linse ), The lens 2 2 an ihrer gesamten Austrittsfläche, dh sowohl an der Austrittsfläche on its entire exit face, that is, both at the exit surface 6 6 der Sammellinse the converging lens 4 4 als auch an der Austrittsfläche and at the exit surface 9 9 des Linsenrings the lens ring 7 7 , Radialfacetten , Radial facetted 14 14 auf. on.
  • Die The 6 6 zeigt die Abbildung eines Lichtstrahlkegels auf einen Schirm im Abstand von 2000 mm von der Beleuchtungsvorrichtung shows the image of a cone of light rays on a screen at a distance of 2000 mm from the lighting device 1 1 , wobei die Beleuchtungsvorrichtung die in Wherein the lighting device in the 5 5 dargestellte Linse ohne Radialfacetten Lens shown without radial facets 14 14 aufweist. having. Die Linse The Lens 2 2 ist entsprechend der Anordnung in is corresponding to the arrangement in 3 3 derart von der Lichtquelle in such a way from the light source 3 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. spaced such that the output from the light source cone of light rays is focussed maximum, said outgoing from the light source at the intersection with the optical axis of light beams are collimated into parallel rays. Im Zentrum des Lichtstrahlenkegels ist ein dunkler Fleck In the center of the light beam cone is a dark spot 15 15 . ,
  • Die exakt gleiche Anordnung von Lichtquelle und Linse, wobei die Linse gemäß The exact same arrangement of light source and lens, the lens in accordance with 1 1 an der gesamten Austrittsfläche mit Radialfacetten ausgebildet ist, ergab die in is formed on the entire exit surface with radial facets, resulted in 10 10 dargestellten Abbildung des abgestrahlten Lichtstrahlkegels auf einem Schirm in den Entfernung von 2000 mm, von der Beleuchtungsvorrichtung. Imaging of the emitted cone of light rays on a screen in the distance of 2000 mm from the lighting device shown. Hier ist das Zentrum des Lichtstrahlkegels jeweils gleichmäßig hell ausgeleuchtet. Here the center of the cone of light rays is illuminated each uniformly bright. Dies wird durch die von der einzelnen Radialfacette verursachte Verschmierung des Quellbildes (= Lichtquelle) erzielt. This is achieved by that caused by the individual Radialfacette blurring of the source image (= light source). 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. By the plurality of radial facets smeared in the different directions of individual images of the individual radial facets are superimposed and give a uniform, rotationally symmetrical illuminance in the center of the beam cone.
  • Die The 8 8th zeigt eine ähnliche Abbildung des Lichtstrahlkegels, wobei die Linse zur Aufweitung des Lichtstrahlkegels gegenüber der maximal bündelnden Anordnung ein Stück näher an der Lichtquelle shows a similar picture of the cone of light rays, wherein said lens for expanding cone of light rays with respect to the maximum bundled arrangement, a bit closer to the light source 3 3 angeordnet ist. is arranged. Im Zentrum des Lichtstrahlkegels ist ein dunkles Kreuz In the center of the cone of light rays is a dark cross 16 16 ausgebildet, das von den Spalten zwischen den einzelnen Leuchtdioden des Leuchtdiodenarrays stammt. formed which is derived from the gaps between the individual light emitting diodes of the LED array. Dieses Kreuz wird durch die Linse ohne Radialfacetten optisch abgebildet und stört die Ausleuchtung. This cross is optically imaged by the lens without radial facets and interfere with the illumination.
  • Die The 12 12 zeigt eine Abbildung mit gleicher Anordnung, jedoch mit der erfindungsgemäßen Linse shows an image with the same arrangement but with the inventive lens 2 2 gemäß according to 1 1 , die auf ihrer gesamten Austrittsfläche Radialfacetten aufweist. Which has on its entire exit face radial facets. Die Abbildung des Lichtstrahlkegels auf dem Schirm weist kein Kreuz auf. The figure of the cone of light rays on the screen has no cross. Im Zentrum ist eine geringfügige Verdunkelung ausgebildet, die durch die Reflektion im Linsenring In the center a slight darkening is formed by the reflection in the lens ring 7 7 erzeugt wird, und nicht durch die Struktur der Lichtquelle verursacht wird. is generated and is not caused by the structure of the light source.
  • Die The 14a 14a - 14c 14c zeigen die Simulation der Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche bei einer Beleuchtungsvorrichtung ohne Radialfacetten, dh mit der in show the simulation of the illuminance distribution on a target surface in a lighting apparatus without radial facets, that is with the in 5 5 gezeigten Linse. Lens shown. Hierbei wird jeweils nur die Abbildung eines Segmentes der Linse von 10° betrachtet. Here, only the picture of a segment of the lens of 10 ° is considered in each case. 14a 14a zeigt die von der Sammellinse erzeugte Abbildung, in der man sehr exakt die vier quadratischen Leuchtdioden erkennen kann. shows the image formed by the convergent lens, in which one can very precisely detect the four square light-emitting diodes. 14b 14b zeigt die durch den Linsenring erzeugte Abbildung, in welcher die einzelnen Leuchdioden etwas verschmiert sind, deren Struktur jedoch noch gut erkennbar ist. shows the image produced by the lens ring, in which the individual light-emitting diodes are smeared somewhat but the structure is still clearly visible. 14c 14c zeigt die vollständige Abbildung sowohl der Sammellinse als auch der Ringlinse. shows the complete picture of both the positive lens and the lens ring. Die Strukturen der Leuchtdioden sind etwas verschwommen aber gut erkennbar. The structures of the light-emitting diodes are a bit blurry but easily recognizable.
  • Die The 15a 15a - 15c 15c zeigen eine Simulation der entsprechenden Beleuchtungsstärkeverteilung gemäß den show a simulation of the corresponding illuminance distribution in accordance with the 14a 14a - 14c 14c , wobei hier jedoch ein Segment von 10° betrachtet wird, das eine Radialfacette darstellt. Except that a segment of 10 ° is considered here, which is a Radialfacette. In In 15a 15a wird die Abbildung der Radialfacette im Bereich der Sammellinse gezeigt. mapping the Radialfacette is shown in the region of the collecting lens. Die Leuchtdioden sind in diesem Bild in Vertikalrichtung verschmiert. The LEDs are smeared in this image in the vertical direction. Eine entsprechende Verschmierung kann man auch in Bild 15b und 15c erkennen. A corresponding smearing can also be seen in Figure 15b and 15c. Es sind noch gewisse Strukturen der Lichtquelle vorhanden, die jedoch im Vergleich zur Darstellung in There are still certain structures of the light source available, but compared to the representation in 14c 14c wesentlich stärker verschmiert sind. are much more blurred.
  • Die The 16a 16a - 16c 16c zeigen die Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer Zielfläche der Beleuchtungsvorrichtung mit der in show the illuminance distribution on a target surface of the lighting device with the in 5 5 gezeigten Linse ohne Facetten. Lens shown without facets. Dies entspricht der Darstellung in den This corresponds to the illustration in 14a 14a - 14c 14c , wobei jedoch nicht ein einzelnes Segment, sondern das gesamte optische System betrachtet wird. , But not a single segment, but the entire optical system is considered. Die Sammellinse erzeugt wiederum ein sehr exaktes Abbild der Lichtquelle ( In turn, the condenser lens produces a very precise image of the light source ( 16a 16a ). ). Die Ringlinse führt zur einer rotationssymmetrischen Beleuchtungsstärkeverteilung mit einem dunklen Fleck in der Mitte ( The ring lens leads to a rotationally symmetric illumination intensity distribution with a dark spot in the middle ( 16b 16b ). ). Das Gesamtbild ist eine Überlagerung aus beiden Teilbildern ( The overall picture is a superposition of two fields ( 16c 16c ) )
  • Die The 17a 17a - 17c 17c zeigen die Beleuchtungsstärkeverteilung mit einer Beleuchtungsvorrichtung mit der in show the illuminance distribution with an illumination device with the in 1 1 gezeigten Linse. Lens shown. Die Sammellinse erzeugt in etwa eine quadratische Beleuchtungsstärkeverteilung, wobei die ursprüngliche Struktur insbesondere das dunkle Kreuz zwischen den einzelnen Leuchtdioden, stark verschwommen ist ( The converging lens produces a square illumination intensity distribution approximately, where the original structure in particular, the dark cross between the individual light-emitting diodes greatly blurred is ( 17a 17a ). ). Die Ringlinse erzeugt wiederum eine rotationssymmetrische Beleuchtungsstärkeverteilung, die aber diesmal keinen dunklen Fleck in der Mitte aufweist ( In turn, the ring lens generates a rotationally symmetrical illumination intensity distribution, but this time having no dark spot in the middle ( 17b 17b ). ). Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. This is a significant advantage over the prior art. Die Überlagerung beider Teilbilder ergibt einen Lichtstrahlkegel mit einem relativ großen Zentralbereich mit im Wesentlichen homogener Ausleuchtung ( The superposition of the two fields results in a cone of light rays with a relatively large central region with substantially homogenous illumination ( 17c 17c ). ).
  • Anhand der Based on 14a 14a - 17c 17c kann man erkennen, dass ohne Radialfacetten die optische Abbildung der Lichtquelle durch die Sammellinse wesentlich exakter als durch die Ringlinse ist. it can be seen that without the radial facets of the optical image of the light source through the converging lens is much more accurately than through the annular lens. 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. On surfaces of the lens, which contribute to a good optical image of the light source, providing radial facets is more important than to areas which basically smear the light beam slightly. 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. This means that a lens having only at the Einritts- or exit area of ​​the convergent lens Radiafacetten already causes a good smearing of the image of the light source. Den geringsten Effekt bewirken die Radialfacetten an der totalreflektierenden Mantelfläche. The least effect cause the radial facets on the totally reflecting lateral surface. 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. Although also here a certain smearing is generated, but the effect is not as pronounced as in the radial facets at the entrance and exit surfaces of the converging lens or lens ring.
  • Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit einer mit Radialfacetten The lighting device according to the invention with a radial facets 14 14 ausgebildeten Linse formed lens 2 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. thus resulting in a cone of light rays, the illuminance is significantly more uniform than in identical lenses without radial facets, at least in the center, whereby the quality of illumination is significantly increased. Durch die Radialfacetten Through the radial facets 14 14 wird die Intensität des Lichtstrahlkegels nicht verringert. the intensity of the cone of light rays is not lowered. Eine solche Linse mit Radialfacetten ist einfach und kostengünstig herstellbar. Such a lens with radial facetted is simple and inexpensive to produce. Sie ist in ihrer Wirkung exakt vorhersagbar und exakt reproduzierbar. It is precisely predictable in their effects and reproduced exactly. 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. In connection with a light emitting diode array which has inherently a certain structure, and emits light rays over a certain solid angle range in one direction, such a lens with radial facets is optimal because it focuses the light of the light emitting diode array to a well and on the other hand, the structures of the light emitting diode array disposed in the beam cone.
  • In In 4a 4a und and 4b 4b ist ein Ausführungsbeispiel der Linse is an embodiment of the lens 2 2 gezeigt, das Radialfacetten shown, the radial facets 14 14 auch an den beiden Eintrittsflächen Also at the two entry faces 5 5 , . 8 8th und an der total reflektierenden Mantelfläche and the totally reflecting lateral surface 10 10 des Linsenrings the lens ring 7 7 aufweist. having. 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. In such embodiments of the lens even greater blurring of the individual images of the light source is achieved, and achieves an even more uniform illumination in the central area of ​​the cone of light rays. Vorzugsweise sind die Radialfacetten der Eintrittsflächen Preferably, the radial facets of the entry surfaces 5 5 , . 8 8th und der Austrittsflächen and the exit faces 6 6 , . 9 9 und gegebenenfalls der total reflektierenden Mantelfläche and optionally the total reflecting jacket surface 10 10 zueinander jeweils um einen bestimmten Winkelbetrag versetzt. offset from one another in each case by a certain angular amount.
  • Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen umlaufend um die Rotationsachse The above-described embodiments of the present invention have circumferentially about the rotational axis 11 11 Radialfacetten ohne Lücke auf. Radial facets without gap. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Radialfacetten mit Abstand zwischen benachbarten Radialfacetten vorzusehen. In the present invention, it is also possible to provide radial facets with radial spacing between adjacent facets. Die Radialfacetten in oben erläuterten Ausführungsbeispielen weisen jeweils die gleiche Winkelbreite auf. The radial facets in embodiments discussed above each have the same angular width. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Radialfacetten vorzusehen, die sich über unterschiedliche Winkelabschnitte von zum Beispiel 2° bis 10° erstrecken. In the present invention, it is also possible to provide radial facets which extend over different angular sectors, for example, 2 ° to 10 °.
  • Zur Erhaltung einer hohen Lichtstärke ist es vorteilhaft eine Vielzahl von Radialfacetten vorzusehen. To maintain a high light intensity, it is advantageous to provide a plurality of radial facets. Bei großen Radialfacetten wird der Lichtstrahlkegel durch die Verschmierung erheblich aufgeweitet, weshalb die Anzahl der Radialfacetten nicht zu klein gewählt werden sollte. For large radial facets of the cone of light rays is significantly expanded by the smear, which is why the number of radial facets should not be too small. Die Anzahl der Radialfacetten sollte zumindest 10, vorzugsweise zumindest 20, insbesondere vorzugsweise zumindest 50 und besonders vorzugsweise zumindest 100 betragen. The number of radial facets should be at least 10, preferably at least 20, especially preferably at least 50 and particularly preferably be at least one hundredth
  • Die Verschmierung wird hingegen umso stärker, je größer die Radialfacetten sind und damit je geringer die Anzahl der Radialfacetten ist. The smear, however, is the stronger, the greater the radial facets, and thus the lower the number of radial facets. 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. Therefore, a number of not more than 120, preferably not more than 100, especially not more than 90, and particularly preferably not more than 60 radial facets practical.
  • 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°. A very good compromise between these contradictory requirements, the number of 36 and 72, radial facet having an angular width of the respective radial facets of 10 ° or 5 °.
  • Die Erfindung ist oben anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer Hybrid-Linse erläutert worden. The invention has been explained above based on an embodiment with a hybrid lens. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Beleuchtungsvorrichtung mit anderen Sammellinsen auszubilden. In the present invention, it is also possible to design the lighting device with other converging lenses.
  • Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist insbesonderen zur Ausbildung von Taschenlampen vorgesehen. The lighting device according to the invention is provided insbesonderen to train flashlights. Sie kann jedoch auch sehr vorteilhaft bei Operationsleuchten verwendet werden. However, it can also be used very beneficial 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. Furthermore, the lighting device according to the invention, in particular with the totally reflecting jacket surface for the formation of an array of lighting devices each having a light-emitting diode and a lens very practical, because they on the one hand exhibit good bundling of the light in uniform light intensity and a low stray light component.
  • Als Leuchtdioden werden vorzugsweise weißes Licht abstrahlende Leuchtdioden verwendet. As light-emitting diodes emitting white light emitting diodes are preferably used.
  • Es kann auch zweckmässig sein, ein Array von Leuchtdioden vorzusehen, die jeweils Licht in unterschiedlicher Farbe abstrahlen. It may also be expedient to provide an array of light emitting diodes which each emit light in different colors. 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. Due to the mixing of the light of the individual light-emitting diodes due to the radial facets of a cone of light rays with about homogeneous color distribution, the color of the cone of light rays can be changed only by varying control of the individual light-emitting diode is formed.
  • Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden: The invention can be briefly summarized as follows:
    Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle und einer Linse zum Bündeln des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes. The invention relates to a lighting device having a light source and a lens for converging the light emitted by the light source. Die Lichtquelle ist aus einem Leuchtdiodenarray ausgebildet. The light source is formed of a light emitting diode array. Die Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Linse an der Eintrittsfläche oder/und an der Austrittsfläche Radialfacetten aufweist. The lighting device is characterized in that the lens has at the entry surface and / or on the exit surface radial facets. Hierdurch werden im erzeugten Lichtstrahlkegel die Strukturen der Lichtquelle beseitigt und man erhält zumindest im zentralen Bereich des Lichtstrahlkegels eine gleichmäßige Ausleuchtung. In this way, the structures of the light source are removed in the generated light beam and cone is obtained at least in the central region of the cone of light rays, a uniform illumination.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Beleuchtungsvorrichtung lighting device
    2 2
    Linse lens
    3 3
    Lichtquelle light source
    4 4
    Sammellinse converging lens
    5 5
    Eintrittsfläche entry surface
    6 6
    Austrittsfläche exit area
    7 7
    Linsenring lens ring
    8 8th
    Eintrittsfläche entry surface
    9 9
    Austrittsfläche exit area
    10 10
    Mantelfläche lateral surface
    11 11
    optische Achse optical axis
    12 12
    Lichtstrahlenbündel Light beam
    13 13
    Abstrahlrichtung radiation direction
    14 14
    Radialfacette Radialfacette
    15 15
    dunkler Fleck dark spot
    16 16
    dunkles Kreuz Dark cross

Claims (15)

  1. Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle ( Lighting device (with a light source 3 3 ) und einer Linse ( ) And a lens ( 2 2 ) zum Bündeln des von der Lichtquelle ( ) For condensing the (from the light source 3 3 ) abgegebenen Lichtes ( ) Emitted light ( 12 12 ), wobei – die Lichtquelle ( ), Wherein - the light source ( 3 3 ) aus einem Leuchtdiodenarray ausgebildet ist, und – die Linse ( ) Is formed of a light emitting diode array, and - the lens ( 2 2 ) zumindest an einem Teil an der Eintrittsfläche ( () At least at a portion on the entry face 5 5 , . 8 8th ) oder/und zumindest an einem Teil der Austrittsfläche ( ) And / or at least (at a part of the exit surface 6 6 , . 9 9 ) oder/und zumindest an einem Teil einer totalreflektierenden Mantelfläche ( ) And / or at least (at a part of a totally reflective lateral surface 10 10 ) Radialfacetten ( ) Radial facets ( 14 14 ) aufweist, welche durch ausschließlich senkrecht zu einer 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. ) Which may be represented by only perpendicular to a rotational axis of the lens extending, straight or slightly curved line portions parallel to each other and each having a concentric circle with the rotational axis are all in tangential contact.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen die gesamte Eintrittsfläche ( Lighting device according to claim 1, characterized in that substantially (the entire entrance surface 5 5 , . 8 8th ) und/oder die gesamte Austrittsfläche ( () And / or the entire exit surface 6 6 , . 9 9 ) der Linse mit Radialfacetten ( ) Of the lens with radial facets ( 14 14 ) ausgebildet ist. ) is trained.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the lens ( 2 2 ) etwa rotationssymmetrisch um eine optische Achse ( ) Is approximately rotationally symmetrical (around an optical axis 11 11 ) ausgebildet ist, wobei sich die Radialfacetten ( is formed), wherein the radial facets ( 14 14 ) von der optischen Achse ( ) (From the optical axis 11 11 ) bis zum Rand der Eintrittsfläche ( ) Up to the edge of the entrance surface ( 5 5 , . 8 8th ) oder der Austrittsfläche ( ) Or outlet surface ( 6 6 , . 9 9 ) erstrecken. ) Extend.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lighting device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the lens ( 2 2 ) in einem Abstand zur Lichtquelle ( ) (At a distance to the light source 3 3 ) angeordnet ist, dass das von der Lichtquelle ( is arranged) that (from the light source 3 3 ) abgegebene Licht gebündelt wird und vorzugsweise die Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird. ) Light emitted is collimated and preferably the light source is imaged at infinity.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lighting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lens ( 2 2 ) bzgl. der Lichtquelle ( () With respect to. The light source 3 3 ) entlang der optischen Achse verschieblich angeordnet ist. ) Slidably disposed along the optical axis.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung ( Lighting device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the illumination device ( 1 1 ) eine einzige Linse ( ) A single lens ( 2 2 ) aufweist. ) having.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lighting device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the lens ( 2 2 ) eine Hybrid-Linse ist, die aus einer mittig angeordneten Sammellinse ( ) Is a hybrid lens, which (from a centrally arranged collecting lens 4 4 ) und einen die mittige Sammellinse ( ) And the central convex lens ( 4 4 ) umgebenden total reflektierenden Linsenring ( ) Surrounding totally reflecting lens ring ( 7 7 ) ausgebildet ist. ) is trained.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialfacetten ( Lighting device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the radial facets ( 14 14 ) sich über einen Winkelbereich zwischen 2° und 15° erstrecken. ) Extend over an angular range between 2 ° and 15 °.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lighting device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the lens ( 2 2 ) zumindest zehn Radialfacetten ( ) At least ten radial facets ( 14 14 ) aufweist. ) having.
  10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lighting device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the lens ( 2 2 ) eine spritzgegossene Kunststofflinse ist, die insbesondere aus PMMA oder aus Polycarbonat ausgebildet ist. ) Is an injection molded plastic lens, which is formed in particular of PMMA or of polycarbonate.
  11. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung Bestandteil einer Taschenlampe oder einer Operationsleuchte ist. Lighting device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the illumination device is part of a flashlight or a surgical lamp.
  12. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden des Leuchtdiodenarrays zum Abstrahlen von weißem Licht ausgebildet sind. Lighting device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the LEDs of the light emitting diode array are formed for emitting white light.
  13. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüch 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 claims 1 to 11, characterized in that the LEDs of the light emitting diode array are formed for emitting light of different colors.
  14. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Lichtquellen ( Lighting device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the illumination device (plurality of light sources 3 3 ) und Linsen ( () And lentils 2 2 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, wobei jeder Lichtquelle jeweils eine Linse zugeordnet ist. ) According to one of claims 1 to 13, wherein each light source is associated with a respective lens.
  15. Linse für eine Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse ( Lens for a lighting device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the lens ( 2 2 ) zumindest an einem Teil der Eintrittsfläche ( (), At least on a part of the entrance surface 5 5 , . 8 8th ) oder/und an einem Teil der Austrittsfläche ( ) And / or (at a part of the exit surface 6 6 , . 9 9 ) oder/und zumindest an einem Teil einer totalreflektierenden Mantelfläche ( ) And / or at least (at a part of a totally reflective lateral surface 10 10 ) Radialfacetten ( ) Radial facets ( 14 14 ) aufweist, welche durch ausschließlich senkrecht zu einer 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. ) Which may be represented by only perpendicular to a rotational axis of the lens extending, straight or slightly curved line portions parallel to each other and each having a concentric circle with the rotational axis are all in tangential contact.
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