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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einem Halbleiterstrahler als Leuchtmittel und mit einer optischen Linse, die eine dem mindestens einen Leuchtmittel zugewandte Lichteintrittsfläche und eine dieser abgewandt gegenüberliegende Lichtaustrittsfläche aufweist.
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Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist aus
DE 20 2010 005 658 U1 bekannt. Sie weist als Leuchtmittel eine einzige Leuchtdiode auf, die mittig auf einer kreisscheibenfömigen Leiterplatte angeordnet ist. Im Abstrahlbereich der Leuchtdiode ist eine optische Linse angeordnet, die an ihrer dem Leuchtmittel zugewandten Rückseite einen Hohlraum hat, in dem eine dem Leuchtmittel gegenüberliegende, konvex gewölbte, etwa sphärische Lichteintrittsfläche angeordnet ist. An ihrem dem Leuchtmittel abgewandten Ende hat die Linse eine der Lichteintrittsfläche gegenüberliegende, ebene Lichtaustrittsfläche. Das Leuchtmittel und die Linse sind in einem Gehäuse angeordnet, das einen die Leiterplatte und das Leuchtmittel aufnehmenden Sockel und einen damit verbundenen, die Linse umgrenzenden Lampenschirm hat. Die Beleuchtungseinrichtung kann als Rückleuchte von Kraftfahrzeugen, als Signalleuchte (Bremslicht, Blinker) und als Tagfahrlicht eingesetzt werden. Für allgemeine Beleuchtungszwecke ist die Beleuchtungseinrichtung wegen ihrer speziellen Abstrahlcharakteristik jedoch nur bedingt geeignet.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und kompakten Aufbau aufweist und dem Konstrukteur bei der Konstruktion der Beleuchtungseinrichtung die Möglichkeit bietet, die Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungseinrichtung entsprechend einer gewünschten Lichtverteilung anzupassen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Lichteintrittsfläche als Fresneloptik ausgestaltet ist.
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In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, die Linse in Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung mit kompakten Abmessungen auszugestalten und dennoch auf einer zu beleuchtenden Zielfläche eine gewünschte, insbesondere gleichmäßige Beleuchtungsstärke zu erreichen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Linse an ihrer Lichtaustrittsfläche einstückig mit der Linse verbundene Optikelemente auf, wobei die Optikelemente vorzugsweise als Prismen, Streifen, Kissen und/oder Streuelemente ausgestaltet sind. Bei der Konstruktion der Beleuchtungseinrichtung kann dann durch entsprechendes Ausgestalten der Optikelemente die Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungseinrichtung noch besser an eine gewünschte Lichtverteilung angepasst werden. Die an der Lichteintrittsfläche in die Linse eintretenden Lichtstrahlen des Leuchtmittels werden von der Lichteintrittsfläche bevorzugt auf geradem Weg zu der Lichtaustrittsfläche geleitet, ohne dass sie auf diesem Weg an der Linse reflektiert werden.
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Zweckmäßiger Weise sind die Optikelemente in der Lichtaustrittsfläche um ein Zentrum herum angeordnet, vorzugsweise derart, dass sie eine Ringstruktur bilden. Die Beleuchtungseinrichtung ermöglicht dadurch sowohl eine symmetrische Lichtabgabe als auch ein optisch schönes Design der Linse.
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Vorteilhaft ist, wenn die Lichtaustrittsfläche zumindest eine erste Ringstruktur und eine diese umgrenzende zweite Ringstruktur aufweist, und wenn diese Ringstrukturen vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der Konstrukteur der Beleuchtungseinrichtung hat dann bei der Gestaltung der Linse noch mehr Freiheitsgrade, um das aus der Linse austretende Licht entsprechend dem jeweiligen Beleuchtungszweck in ein bestimmtes Raumsegment und/oder eine bestimmte Richtung zu lenken. Die Optikelemente der einzelnen Ringstrukturen sind bevorzugt so angeordnet, dass sie radial zum Zentrum der Ringstrukturen zueinander versetzt sind. Die Linse ermöglicht dadurch ein besonders hochwertiges und schönes Design.
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Die Lichtaustrittsfläche weist bevorzugt eine von einer Ebene abweichende, vorzugsweise konvexe Krümmung auf. Das Licht, das am äußeren und am inneren Randbereich aus der Linse austritt, kann dadurch besser in seitliche Richtung abgelenkt werden. Dabei ist es sogar möglich, dass das Licht nach Art eines Cosinus-Strahlers in den gesamten, vor der Linse befindlichen Halbraum abgestrahlt wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teilbereich der Lichtaustrittsfläche im Wesentlichen torusartig ausgestaltet. Dabei wird unter einer torusartigen Lichtaustrittsfläche eine um ein Zentrum ringartig umlaufende Fläche verstanden, die in der Oberfläche eines Torus liegt oder an eine solche Oberfläche angenähert ist. Dabei kann der Torus in einer Radialebene einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt haben.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Linse scheibenförmig ausgestaltet, vorzugsweise kreisscheibenförmig. Dadurch ist es sogar möglich, Licht, das von dem Leuchtmittel seitlich abgestrahlt wird, mit Hilfe der Linse in eine gewünschte Richtung abzulenken.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtaustrittsfläche in einem zentralen Bereich der Linse angeordnet, wobei um diesen Bereich herum eine als Lichtleiter ausgestaltete Ringscheibe angeordnet ist, die einstückig mit der Linse ausgestaltet ist und den zentralen Bereich seitlich fortsetzt, wobei die Ringscheibe einen von der Lichtaustrittsfläche beabstandten Lichtaustrittsbereich aufweist. Dadurch ergeben sich zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten für Halbleiterstrahler und zusätzliche technische Merkmale. Licht, das seitlich von dem Halbleiterstrahler abgestrahlt wird, kann in die Ringscheibe eintreten und dort gegebenenfalls nach Totalreflexion an einer Grenzfläche der Ringscheibe zum Lichtaustrittsbereich geleitet werden. Dieser kann insbesondere am Außenrand der Ringscheibe angeordnet sein.
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Es ist auch möglich, dass auf einer Leiterplatte zusätzlich zu einem Halbleiterstrahler, der hauptsächlich in eine normal zu der Ringscheibe aufgespannten Ebene verlaufenden Richtung in den zentralen Bereich der Linse Licht abstrahlt, mindestens ein weiterer Halbleiterstrahler vorgesehen ist, dessen Hauptabstrahlrichtung seitlich auf die Ringscheibe gerichtet ist, um direkt Licht in die Ringscheibe einzukoppeln. Diese(r) Halbleiterstrahler sind (ist) sinnvoller Weise am Umfang der Leiterplatte angeordnet. Durch diesen Aufbau ist es möglich, einen zentralen Hochleistungs-Halbleiterstrahler vorzusehen, der als Spot dient, und mit Hilfe der seitlichen Halbleiterstrahler mit geringerem Lichtstrom eine ambiente Umfeldbeleuchtung zu erzeugen. Das Licht der Umfeldbeleuchtung kann eine andere Farbe haben als das Licht des Spots, z.B. rot, gelb, grün oder blau. Dabei ist es sogar möglich, die Lichtfarbe mittels einer geeigneten Steuerung zu verändern. Für den Tagbetrieb kann somit der Spot mit einer farbigen Umfeld- oder Dekorbeleuchtung betrieben werden, während bei Nachtbetrieb die eine geringere Leistungsaufnahme aufweisende Umfeldbeleuchtung alleine eingeschaltet sein kann, um Energie zu sparen.
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Der Lichtaustrittsbereich ist bevorzugt ringförmig ausgestaltet und umgrenzt die Lichtaustrittsfläche. Die Beleuchtungseinrichtung kann dabei bezüglich ihrer Lichtabstrahlung rotationssymmetrisch ausgestaltet sein.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Optikelemente in einer vorzugsweise geraden Reihe nebeneinander angeordnet. Dabei können die Optikelemente an der Vorderseite der Linse frei positioniert sein, so dass eine ungehinderte Lichtabstrahlung gegeben ist. Gleichzeitig ist die Lichttechnik für den Betrachter als Designelement sichtbar. Die Gefahr einer Blendung wird weitgehend vermieden, wenn die einzelnen Optikelemente das Licht konzentriert auf eine zu beleuchtende Stelle richten. Aus einer seitlichen Blickrichtung auf die Beleuchtungseinrichtung wird dann praktisch kein Licht wahrgenommen. Die Reihe mit den Optikelementen kann sich in vertikale Richtung und/oder in horizontale Richtung erstrecken.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungseinrichtung 1, die eine Leuchtdiode und eine dieser zugeordnete optische Linse aufweist,
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2 eine Aufsicht auf die Lichtaustrittsfläche der Linse,
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3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinrichtung,
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4 eine Aufsicht auf die in 3 gezeigte Linse,
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5 eine im Wesentlichen stabförmige Beleuchtungseinrichtung,
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6 eine Beleuchtungseinrichtung, die mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordnete, linsenartige Optikelementen aufweist, und
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7 eine Beleuchtungseinrichtung, die zwei nebeneinander angeordnete Reihen mit linsenartigen Optikelementen hat.
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Eine Beleuchtungseinrichtung 1 weist als Leuchtmittel 2 eine in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Leuchtdiode auf, in deren Abstrahlbereich eine optische Linse 3 angeordnet ist, die zur Formung des von dem Leuchtmittel 2 ausgesandten Lichtbündels dient.
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Wie in 1 erkennbar ist, ist die Linse 3 als flaches, im Wesentlichen scheibenförmiges Teil ausgestaltet, das eine dem Leuchtmittel 2 zugewandte Lichteintrittsfläche 4 und eine dieser abgewandt gegenüberliegende Lichtaustrittsfläche 5. aufweist. Die Lichteintrittsfläche 4 ist als Fresneloptik ausgestaltet, die eine Vielzahl von in der Zeichnung nicht näher dargestellten Prismen aufweist.
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In 2 ist erkennbar, dass die Lichtaustrittsfläche 5 eine Vielzahl von einstückig an die Linse 3 angeformten Optikelementen 6 aufweist, die im Wesentlichen kissenförmig und konvex ausgestaltet sind.
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Die Lichtaustrittsfläche 5 weist mehrere, konzentrisch zu einer Mittelachse 7 verlaufende Ringstrukturen auf, die jeweils durch eine Anzahl von in Umfangsrichtung um einen Winkel zueinander versetzten Optikelementen 6 gebildet sind. Die Mittelachse 7 ist normal zu einer Ebene angeordnet, in der sich die Linse 3 erstreckt. Wie in 2 besonders gut erkennbar ist, sind die Optikelementen 6 der einzelnen Ringstrukturen derart angeordnet, dass die Optikelemente 6 in radialer Richtung zueinander fluchten.
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Dabei grenzen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung zueinander benachbarte Optikelemente 6 jeweils direkt aneinander an.
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Wie in 1 und 3 erkennbar ist, weist die Lichtaustrittsfläche 5 in radial zur Mittelachse 7 verlaufenden Ebenen eine konvexe Krümmung auf, deren am weitesten von dem Leuchtmittel 2 entfernte Stelle auf der von der Mittelachse in radialer Richtung beabstandet ist. Dabei ist die Lichtaustrittsfläche 5 in der Mantelfläche eines konzentrisch um die Mittelachse 7 umlaufenden Torus angeordnet oder an diese Mantelfläche angenähert.
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Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Linse 3 etwa kreisscheibenförmig mit einem die Optikelemente 6 aufweisenden zentralen Bereich 8 und einer um diesen Bereich 8 herum angeordneten Ringscheibe 9 ausgestaltet. Die Ringscheibe 9 ist einstückig mit dem zentralen Bereich 8 verbunden und setzt diesen in radialer Richtung fort.
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Die Ringscheibe 9 hat eine glatte Oberfläche, die frei von Optikelementen ist. An ihrer dem Leuchtmittel 2 abgewandten Seite weist die Ringscheibe 9 einen weitgehend plan ausgestalteten Oberflächenbereich auf, der sich etwa in einer Ebene erstreckt, die normal zu der Mittelachse 7 angeordnet ist. In die Ringscheibe 9 wird mit Hilfe der Fresneloptik Licht eingekoppelt, das in seitlicher Richtung von dem Leuchtmittel 2 abgestrahlt wird. Das Licht tritt durch den weitgehend plan ausgestalteten Oberflächenbereich aus der Ringscheibe 9 aus.
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Bei dem in 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel weist die Linse an ihrer dem Leuchtmittel 2 zugewandten Rückseite einen sich entlang der Mittelachse erstreckenden Vorsprung 10 auf, der an seiner Stirnseite die Lichteintrittsfläche und die Fresneloptik aufweist. Der Vorsprung 10 ist mit einem etwa kreisscheibenförmigen Linsenabschnitt verbunden, an dessen Vorderseite die Lichtaustrittsfläche 5 angeordnet ist. Wie in 4 erkennbar ist, entspricht die Anordnung der Optikelemente 5 der Lichtaustrittsfläche in etwa derjenigen des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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In 5 ist erkennbar, dass die Linse 3 am Stirnende eines länglichen, etwa stabförmigen Leuchtengehäuses 11 angeordnet ist. Das Leuchtengehäuse 11 weist an seiner Mantelfläche ein Anschlusselement auf, mittels dem das Leuchtengehäuse 11 um eine quer zu seiner Längserstreckung verlaufende Schwenkachse verschwenkbar mit einer in 5 nicht näher dargestellten Halterung 12 verbunden ist. Die Mittelachse 7 der Linse 3 liegt auf der Längsmittelachse des Leuchtengehäuses 11.
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Bei den in 6 und 7 abgebildeten Ausführungsbeispielen sind die Optikelemente 6 als Linsenelemente ausgestaltet, die in einer geraden Reihe nebeneinander angeordnet sind. Dabei erstreckt sich diese Reihe parallel zur Längsmittelachse des stabförmigen Leuchtengehäuses 11. Ein Endbereich des Leuchtengehäuses 11 ist um eine quer zur Längserstreckung der Reihe verlaufende Schwenkachse verschwenkbar mit der Halterung 12 verbunden. Die Halterung 12 hat elektrische Anschlüsse, die lösbar mit einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stromschiene verbindbar sind.
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Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an der Halterung 12 mehrere der Anordnungen, jeweils bestehend zumindest aus dem Leuchtengehäuse 11, der Linse 3 und dem Leuchtmittel 2 nebeneinander angeordnet. Zwischen den Leuchtengehäusen 11 und der Halterung 12 ist jeweils ein Schwenklager angeordnet, mittels dem die Leuchtengehäuse 11 um ihre Längsachse relativ zu der Halterung 12 verschwenkbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungseinrichtung
- 2
- Leuchtmittel
- 3
- Linse
- 4
- Lichteintrittsfläche
- 5
- Lichtaustrittsfläche
- 6
- Optikelement
- 7
- Mittelachse
- 8
- zentraler Bereich
- 9
- Ringscheibe
- 10
- Vorsprung
- 11
- Leuchtengehäuse
- 12
- Halterung
- 13
- Schwenkachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010005658 U1 [0002]
