-
Die Erfindung betrifft ein optisches Element für den Einsatz in längsgestreckten Leuchten zur Bestimmung einer Lichtverteilung des von der Leuchte ausgesandten Lichts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Gattungsgemäße optische Elemente werden herkömmlicherweise in längsgestreckten Leuchten dazu eingesetzt, eine vorbestimmte Lichtverteilung der Leuchten zu gewährleisten. Die Erzeugung von Licht erfolgt in solchen Leuchten üblicherweise mittels langgestreckter, linearer Lichtquellen. Solche Lichtquellen haben bauartbedingt eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik, wobei in der Regel von den lichtemittierenden Elementen der Lichtquellen Licht in alle Richtungen abgestrahlt wird. Je nach Einsatzgebiet der Leuchten ist es jedoch notwendig, dass die Leuchten Licht mit einer bestimmten, vorgegebenen Lichtverteilung abstrahlen. Insbesondere kann in bestimmten Anwendungsfällen ein bestimmter Querschnitt der Lichtverteilung der Leuchte, d. h. eine bestimmte Abstrahlcharakteristik der Leuchte senkrecht zu ihrer Längserstreckung, vorteilhaft sein. Beispielsweise kann eine möglichst breite, symmetrische Raumausleuchtung oder eine fokussierte Beleuchtung, die eine erhöhte Lichtintensität in bestimmten Ausleuchtungswinkeln senkrecht zur Längserstreckung gewährleistet, wünschenswert sein.
-
Beispielsweise kann es in verschiedenen Anwendungsbereichen erforderlich sein, dass die Leuchten Licht mit einer tiefstrahlenden, breitstrahlenden, asymmetrischen oder symmetrischen Lichtverteilung abstrahlen.
-
Um zu erreichen, dass Leuchten, in denen dieselben Lichtquellen zum Einsatz kommen, Licht mit einer je nach ihrem Anwendungszweck erforderlichen Lichtverteilung aussenden, werden in herkömmlichen Leuchten üblicherweise optische Elemente eingesetzt, mit denen eine vorbestimmbare Lichtverteilung gewährleistet werden kann. Ein solches optisches Element verläuft üblicherweise in seiner Längserstreckung im Wesentlichen gerade und weist entlang seiner Längserstreckung einen konstanten Querschnitt auf. Der Querschnitt ist dabei in dem Sinne konstant, dass die Lichtverteilung, die durch das optische Element bestimmt ist, senkrecht zu der Längserstreckung des optischen Elements entlang der Längserstreckung des optischen Elements konstant ist. Hierfür kann eine geringfügige Variation des Querschnitts des optischen Elements entlang seiner Längserstreckung noch tolerierbar sein. Damit kann das optische Element in längsgestreckten Leuchten entlang einer linearen Lichtquelle angeordnet werden und eine entlang seiner Längserstreckung konstante Lichtverteilung des von der Leuchte emittierten Lichts gewährleisten.
-
Hierzu ist zumindest eine Längsseite des optischen Elements als Lichteintrittsseite ausgebildet, an der eine Lichtquelle zum Einkoppeln des Lichts in das optische Element anordenbar ist, so dass von der Lichtquelle emittiertes Licht über die Lichteintrittsseite des optischen Elements in das optische Element gelangen kann. Darüber hinaus ist zumindest eine Längsseite des optischen Elements als Lichtaustrittsseite zum Auskoppeln von Licht aus dem optischen Element ausgebildet. Dadurch stellt das optische Element ein Lichtverteilungsmittel mit Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite zur Vorgabe der an der Lichtaustrittsseite austretenden Lichtverteilung bereit.
-
Über die Parameter des Lichtverteilungsmittels, wie etwa die geometrische Gestaltung des optischen Elements, insbesondere die Form, Strukturierung und relative Anordnung von Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite, sowie das Material des optischen Elements, insbesondere die Oberflächenbeschaffenheit des optischen Elements, gibt das Lichtverteilungsmittel die Lichtverteilung des an der Lichtaustrittsseite austretenden Lichts vor. Dabei erfolgt die Vorgabe der Lichtverteilung dadurch, dass über die Parameter des Lichtverteilungsmittels durch optische Phänomene wie Brechung, Streuung und Reflexion der Strahlenverlauf des Lichts von der Lichteintrittsseite bis zum Austreten aus der Lichtaustrittsseite vorbestimmt ist.
-
Insbesondere bei optischen Elementen, die Längsseiten mit einer spiegelnden Oberfläche aufweisen, können Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite auch zusammenfallen. Bei dem Einsatz eines gattungsgemäßen optischen Elements in längsgestreckten Leuchten kann somit über das optische Element die Lichtverteilung des von der Leuchte ausgesandten Lichts vorbestimmt werden. Dabei kann insbesondere über des in Längsrichtung verlaufende optische Element der Querschnitt der Lichtverteilung vorgegeben werden.
-
In handelsüblichen längsgestreckten Leuchten ist die Lichtverteilung somit im Wesentlichen durch das optische Element bestimmt, das in den jeweiligen Leuchten zur Anwendung kommt. Dadurch ist es den Leuchtenherstellern möglich, bei Leuchten, in denen dieselben Lichtquellen eingesetzt werden, eine über das optische Element jeweils definierte Lichtverteilung vorzugeben, so dass alleine durch den Austausch des optischen Elements Leuchten für verschiedene Anwendungsbereiche hergestellt werden können.
-
In herkömmlichen Leuchten kommen beispielweise tiefstrahlende, hochglänzende Metallreflektoren oder diffuse oder weißlackierte breitstrahlende Metallreflektoren zum Einsatz. Auch sind optische Elemente bekannt, in denen hochglänzende Spiegelscherben mit diffus weißen Reflektoren zur Erzeugung von asymmetrischen Lichtverteilungen kombiniert werden. Auch sind als optische Elemente extrudierte, prismierte Prismenplatten bekannt, mit denen je nach ihrer geometrischen Ausgestaltung asymmetrische oder symmetrische Lichtverteilungen oder tief- oder breitstrahlende Lichtverteilungen erzeugt werden können. Die Bestimmung der Lichtverteilung des an der Lichtaustrittsseite austretenden Lichts erfolgt bei den optischen Elementen dadurch, dass an bzw. in den optischen Elementen Brechung, Streuung oder Totalreflexion von Licht stattfindet.
-
Eine herkömmliche Leuchte ist in
EP 1 679 470 A2 beschrieben. Die Leuchte umfasst ein oder mehrere optische Elemente, die mehrere Lichteintrittsseiten und mehrere Lichtaustrittsseiten umfassen, durch die eine bestimmte Abstrahlcharakteristik der Leuchte vorgegeben ist.
-
Bei herkömmlichen optischen Elementen stellt sich jedoch das Problem, dass die Lichtverteilung einer Leuchte, in der ein optisches Element zur Bestimmung der Lichtverteilung der Leuchte angeordnet ist, unveränderbar festgelegt ist. Der Benutzer der Leuchte kann die Leuchte somit nur für den Anwendungsbereich verwenden, für den die Leuchte durch die Installation eines entsprechenden optischen Elements vorbestimmt wurde. Eine Variation der Lichtverteilung der Leuchte ist nur durch den Austausch des optischen Elements möglich. Dies ist jedoch kostspielig, aufwendig und kann erhebliche Zeit in Anspruch nehmen.
-
Darüber hinaus sind Lampenhersteller gezwungen, für einen Leuchtentyp eine Vielzahl von optischen Elementen zur Verfügung zu haben, um so Leuchten für verschiedene Anwendungszwecke mit jeweils verschiedenen Lichtverteilungen herstellen zu können. Dies erfordert im Hinblick auf die Entwicklung der Vielzahl von optischen Elementen, die Lagerung der optischen Elemente und die Produktpflege einen erheblichen finanziellen, technischen und logistischen Aufwand.
-
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element bereitzustellen, durch das die obenbeschriebenen Probleme herkömmlicher optischer Elemente zumindest teilweise behoben werden.
-
Als eine Lösung der genannten technischen Aufgabe schlägt die Erfindung ein optisches Element mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
-
Das erfindungsgemäße optische Element umfasst zumindest eine weitere Lichteintrittsseite und zumindest eine weitere Lichtaustrittsseite, wobei einer jeden Lichteintrittsseite eine der Lichtaustrittsseiten zugeordnet ist und ihr gegenüberliegt, so dass das optische Element zumindest zwei Lichtverteilungsmittel bereitstellt, wobei durch jedes der beiden Lichtverteilungsmittel eine jeweils andere Lichtverteilung vorgegeben ist. Das optische Element ist so ausgebildet, dass über die Anordnung der Lichtquelle gegenüber der Lichteintrittsseite eines bestimmten der Lichtverteilungsmittel die Lichtverteilung des von der Leuchte ausgesandten Lichts auf die durch das bestimmte Lichtverteilungsmittel vorgegebene Lichtverteilung einstellbar ist.
-
Das erfindungsgemäße optische Element weist somit zumindest vier voneinander verschiedene Längsseiten auf, wobei jeweils zwei als Lichteintrittsseiten und zwei als Lichtaustrittsseiten ausgebildet sind. Wird Licht an der ersten Lichteintrittsseite in das optische Element eingekoppelt, so tritt es im Wesentlichen an der ersten Lichtaustrittsseite, die der ersten Lichteintrittsseite zugeordnet ist und ihr gegenüber liegt, aus dem optischen Element aus. Erste Lichteintrittsseite und erste Lichtaustrittsseite sind somit in dem Sinne von dem ersten Lichtverteilungsmittel umfasst, dass bei dem Anordnen einer Lichtquelle an der ersten Lichteintrittsseite des optischen Elements über das erste Lichtverteilungsmittel entsprechend seiner Parameter wie etwa der Gestaltung der ersten Lichteintrittsseite und der ersten Lichtaustrittsseite sowie ihrer Anordnung an dem optischen Element die Lichtverteilung des an der Lichtaustrittsseite aus dem optischen Element austretenden Lichts vorgegeben ist. Über das zweite Lichtverteilungsmittel umfassend die zweite Lichteintrittsseite und die zweite Lichtaustrittsseite ist eine Lichtverteilung vorgegeben, die sich von der durch das erste Lichtverteilungsmittel festgelegten Lichtverteilung unterscheidet.
-
Einer jeden Lichteintrittsseite ist eine Lichtaustrittsseite zugeordnet, die der Lichteintrittsseite gegenüberliegt. Die Lichtaustrittsseite kann dabei auch an der Lichteintrittsseite anliegen, beispielweise können Lichteintrittsseite und zugeordnete Lichtaustrittsseite jeweils eine Fläche definieren, wobei die Flächen von Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite einen spitzen Winkel bilden. Die Lichteintritts- und Lichtaustrittsseiten können sich möglicherweise auch überlappen.
-
Dem Fachmann ist offensichtlich, dass das Einkoppeln von Licht an der Lichteintrittsseite und das Auskoppeln von Licht an der Lichtaustrittsseite durch entsprechende Ausgestaltung des optischen Elements, insbesondere von Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite realisierbar ist.
-
Beispielweise kann eine jede Lichteintrittsseite eine bestimmte Lichteinkoppelstruktur aufweisen, über die Licht dergestalt in das optische Element eingekoppelt werden kann, dass ein bestimmter Strahlenweg in dem optischen Element vorgegeben ist. Dem Fachmann ist klar, dass der Strahlenweg beispielsweise über den Brechungsindex des Materials des optischen Elements, insbesondere der Lichteinkoppelstruktur, und die geometrische Ausgestaltung des optischen Elements, insbesondere der Lichteinkoppelstruktur, maßgeblich vorbestimmt werden kann.
-
Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Lichteinkoppelstruktur und des optischen Elements kann beispielsweise sichergestellt sein, dass innerhalb des optischen Elements an allen Längsseiten außer der Lichtaustrittsseite im Wesentlichen Totalreflexion auftritt, so dass Licht aus dem optischen Element im Wesentlichen ausschließlich über die Lichtaustrittsseite ausgekoppelt wird. Zur Zuordnung von Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite ist die Lichteintrittsseite, insbesondere eine Lichteinkoppelstruktur, in Abstimmung auf die geometrische Gestaltung des optischen Elements ausgebildet, so dass von der Lichteintrittsseite eingekoppeltes Licht an der Lichtaustrittsseite aus dem optischen Element austritt. Die durch eines der Lichtverteilungsmittel des optischen Elements vorgegebene Lichtverteilung kann dabei beispielsweise über die Ausgestaltung von Lichteinkoppelstruktur und die geometrische Anordnung sämtlicher Seitenflächen des optischen Elements umfassend seine Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite vorgegeben sein. Auch kann eine Struktur an der Lichtaustrittsseite für die vorbestimmte Lichtverteilung maßgeblich sein.
-
Vorteilhafterweise ist einer jeden der Lichteintrittsseiten des optischen Elements genau eine der Lichtaustrittsseiten zugeordnet, so dass Licht, das an einer Lichteintrittsseite in das optische Element eingekoppelt wird, im Wesentlichen nur an der zugeordneten Lichtaustrittsseite aus dem optischen Element austritt, wobei sich die Lichteintrittsseiten und die Lichtaustrittsseiten jeweils nicht überlappen.
-
Die Längserstreckung des optischen Elements kann länger als seine Quererstreckung sein, so dass sich das optische Element insbesondere für den Einsatz in längsgestreckten Leuchten eignet, in denen längsgestreckte, lineare Lichtquellen zur Anwendung kommen. Insbesondere kann das optische Element mehrere in Längsrichtung aneinander angeordnete Unterelemente aufweisen.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des optischen Elements sind mit einem erfindungsgemäßen optischen Element zumindest zwei verschiedene Lichtverteilungen realisierbar. Je nachdem, an welcher Lichteintrittsseite des optischen Elements eine Lichtquelle angeordnet wird, erzeugt das optische Element für das an der Lichtaustrittsseite austretende Licht eine unterschiedliche Lichtverteilung. Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen optischen Elements in einer Leuchte kann somit über die Anordnung des optischen Elements in der Leuchte die Lichtverteilung der Leuchte eingestellt werden. Die unterschiedlichen Lichtverteilungen können beispielsweise durch Drehung des optischen Elements um seine Längsachse eingestellt werden, indem das optische Element so lange gedreht wird, bis einer Lichtquelle die Lichteintrittsseite des gewünschten Lichtverteilungsmittels gegenüberliegt. Je nach der Einbausituation des optischen Elements in einer Leuchte kann für die Drehung des optischen Elements zur Einstellung der vorbestimmten Lichtverteilung ein Ausbau des optischen Elements aus der Leuchte erforderlich sein.
-
Des erfindungsgemäße optische Element ermöglicht somit erhebliche Kosteneinsparungen bei der Herstellung von Leuchten, da mit einem optischen Element verschiedene Lichtverteilungen bestimmt werden können, so dass durch das erfindungsgemäße optische Element beispielsweise Lagerungskosten, Entwicklungskosten und Kosten bei der Produktpflege eingespart werden.
-
Das erfindungsgemäße optische Element kann beispielweise aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das optische Element als extrudierter Kunststoffkörper ausgebildet, wodurch eine besonders kostengünstige Herstellung eines langgestreckten, linearen optischen Elements möglich ist.
-
Vorteilhafterweise ist der Querschnitt des optischen Elements nach Art eines Vielecks mit Ecken und Seiten ausgebildet, so dass das optische Element den Ecken zugeordnete Kanten und den Seiten zugeordnete Seitenflächen aufweist. Zumindest zwei der Kanten liegen jeweils einer der Seitenflächen gegenüber, wobei zumindest diese Kanten als Lichteintrittsseiten ausgebildet sind und die jeweils zugeordneten Seitenflächen als Lichtaustrittsseiten ausgebildet sind. Durch eine der zwei Kanten und die ihr zugeordnete Seitenfläche ist jeweils ein Lichtverteilungsmittel bereitgestellt.
-
Der Querschnitt ist nach Art eines Vielecks mit zumindest drei Ecken ausgebildet. Die Ecken müssen dabei nicht zwingend spitz ausgebildet sein. Beispielsweise können die Ecken des Vielecks zumindest teilweise abgerundet sein. Insbesondere müssen die Seiten des Vielecks, die über eine Ecke miteinander verbunden sind, nicht direkt in der Ecke zusammenlaufen, sondern die Ecke kann eine Längenerstreckung, beispielweise in Form eines Kreisbogenabschnitts oder eines Geradenabschnitts, aufweisen, an deren Enden die über die Ecke verbundenen Seiten des Vielecks anliegen. Dabei ist die Längenerstreckung einer Ecke regelmäßig kleiner als die Längenerstreckung der ihr gegenüberliegenden Seite.
-
Mit dieser vorteilhaften Ausführungsform kann besonders gut sichergestellt sein, dass das an einer Lichteintrittsseite eingekoppelte Licht ausschließlich an der Lichtaustrittsseite aus dem optischen Element austritt. Dadurch, dass der Querschnitt des optischen Elements nach Art eines Vielecks ausgebildet ist, kann über die Winkel, die die Seiten bei den Ecken miteinander bzw. bei einer Längserstreckung der Ecken mit den Ecken bilden, der Verlauf der Lichtstrahlen in dem optischen Element besonders einfach eingestellt werden. Bei der beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform muss nicht zwingend jede Kante des optischen Elements als Lichteintrittsseite ausgebildet sein und nicht jede Seitenfläche als Lichtaustrittsseite. Je mehr Ecken das Vieleck des Querschnitts des optischen Elements aufweist, desto mehr Lichtverteilungsmittel können in einem optischen Element bereitgestellt sein. Dabei kann beispielsweise der Durchmesser des optischen Elements limitierend für die realisierbare Anzahl der Ecken des Vielecks sein.
-
Dadurch, dass jede Kante des optischen Elements, die als Lichteintrittsseite ausgebildet ist, einer Seitenfläche gegenüberliegt, die als Lichtaustrittsseite ausgebildet ist und deren Quererstreckung größer als der der Kante ist, kann beispielsweise eine möglichst verlustfreie Auskopplung von Licht an im Wesentlichen nur der Lichtaustrittsseite gewährleistet sein. Hierzu trägt insbesondere auch bei, dass die Lichtaustrittsseite der Lichteintrittsseite gegenüberliegt, so dass eine Totalreflektion von Lichtstrahlen, die von innen in dem optischen Element zur Lichtaustrittsseite gelangen, weitestgehend vermieden werden kann. Darüber hinaus kann entlang der Längenerstreckung der Lichtaustrittsseite eine Lichtauskoppelstruktur angeordnet sein, über die das Licht gezielt, insbesondere zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung, aus dem optischen Element ausgekoppelt werden kann.
-
Insbesondere kann der Querschnitt des optischen Elements nach Art eines regelmäßigen Vielecks mit einer ungeraden Anzahl an Ecken ausgebildet sein, insbesondere nach Art eines regelmäßigen Dreiecks. Somit liegt jede Kante des optischen Elements genau einer Seitenfläche gegenüber. Insbesondere kann eine jede Kante als Lichteintrittsseite und die ihr zugeordnete, gegenüberliegende Seitenfläche als Lichtaustrittsseite ausgebildet sein.
-
Ein regelmäßiges Vieleck zeichnet sich dadurch aus, dass es N Ecken aufweist und N gleichlange Seiten, wobei alle Seitenpaare, die über eine Ecke miteinander verbunden sind, einen gleichgroßen Innenwinkel miteinander bilden.
-
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des optischen Elements ist für jedes Lichtverteilungsmittel der Abstand zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite und die hierzu laterale Erstreckung des optischen Elements identisch. Dadurch ist das optische Element zur Realisierung von verschiedenen Lichtverteilungen in Leuchten besonders gut geeignet, da es immer mit derselben Einbauvorrichtung in der Leuchte gehaltert werden kann, gleich welches Lichtverteilungsmittel des optischen Elements zur Bestimmung der Lichtverteilung der Leuchte verwendet wird.
-
Dadurch ermöglicht das optische Element eine weitere Kosteneinsparung sowie eine sehr einfache Variation der Lichtverteilung des von einer Leuchte ausgestrahlten Lichts. Außerdem kann in einem solchen optischen Element der Strahlenverlauf innerhalb des optischen Elements besonders gut optimiert sein, beispielsweise im Hinblick darauf, dass an der Lichteintrittsseite eingekoppeltes Licht ausschließlich an der Lichtaustrittsseite austritt, da für alle Lichtverteilungsmittel die Winkel, die die Seitenflächen mit der Verbindungsachse zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite bilden, identisch sind. Somit kann bei Vorsehen einer entsprechenden Lichteinkoppelstruktur an den Lichteintrittsseiten ein identisches Reflexions- bzw. Brechungsverhalten von Lichtstrahlen innerhalb des optischen Elements für alle Lichtverteilungsmittel gewährleistet sein.
-
Vorteilhafterweise ist das optische Element als Hohlkörper ausgebildet. Beispielsweise kann es als extrudierter Kunststoff-Hohlkörper ausgebildet sein. Zum einen ist durch die Ausbildung des optischen Elements als Hohlkörper eine sehr kostengünstige Herstellung des optischen Elements sowie die Realisierung eines sehr leichten optischen Elements möglich. Darüber hinaus können sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite der den Hohlraum des Hohlkörpers umschließenden Seitenwände des optischen Elements Strukturen aufgebracht sein, die der Beeinflussung des Strahlenverlaufs innerhalb des optischen Elements bzw. beim Austreten aus dem optischen Element dienen können. Somit ermöglicht eine entsprechende Ausbildung des optischen Elements als Hohlkörper einen sehr weiten Variationsspielraum zur Anpassung des optischen Elements an verschiedene Anwendungsbereiche. Darüber hinaus eignet sich das Extrudierverfahren besonders gut zur günstigen Herstellung langgestreckter, linearer Bauteile.
-
Weiterhin kann an zumindest einer Lichteintrittsseite des optischen Elements eine Lichteinkoppelstruktur angeordnet sein, die gewährleistet, dass Licht, das bei dem Anordnen einer Lichtquelle gegenüber der Lichteintrittsseite in Richtung zum optischen Element hin strahlt, im Wesentlichen vollständig in das optische Element eingekoppelt wird. Dadurch kann sichergestellt sein, dass das optische Element einen möglichst hohen Anteil des von der Lichtquelle emittierten Lichts in die vorbestimmte Lichtverteilung integriert, so dass ein möglichst hoher Anteil des emittierten Lichts an der Lichtaustrittsseite des optischen Elements gemäß einer gewünschten Lichtverteilung abgestrahlt wird.
-
Die Lichteinkoppelstruktur kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass eine Lichtquelle innerhalb der Lichteinkoppelstruktur so anordenbar ist, dass die Lichteinkoppelstruktur die Lichtquelle zumindest abschnittsweise umschließt. Durch das Vorsehen einer Lichteinkoppelstruktur mit entsprechendem Brechungsindex und geometrischer Ausgestaltung kann gewährleistet sein, dass das von einer Lichtquelle emittierte Licht im Wesentlichen ohne Reflexion in die Lichteinkoppelstruktur gelangt und dann durch Brechung und/oder Totalreflexion an der Innenseite der Lichteinkoppelstruktur in Richtung zur Lichtaustrittsseite in das optische Element gesandt wird.
-
Vorteilhafterweise ist die Lichteinkoppelstruktur dazu ausgebildet, Licht so einzukoppeln, dass der Öffnungswinkel des von der Lichteintrittsseite aus innerhalb des optischen Elements zur Lichtaustrittsseite verlaufenden, Lichtbündels kleiner ist als der Winkel, den die von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite verlaufenden Seitenwände des optischen Elements bilden. Damit kann sichergestellt sein, dass Lichtstrahlen von der Lichteinkoppelstruktur an der Lichteintrittsseite zu der Lichtaustrittsseite gelangen, ohne mit der Innenseite der von der Lichteintrittsseite zur Lichtaustrittsseite verlaufenden Seitenwände des optischen Elements zu interagieren. Dadurch kann beispielsweise vermieden werden, dass eine an der Innenseite der Seitenwände aufgebrachte Struktur den Strahlenverlauf beeinflusst.
-
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass an allen Lichteintrittsseiten eine identische Lichteinkoppelstruktur angeordnet ist, wobei an zumindest einer der Lichtaustrittsseiten eine Lichtauskoppelstruktur angeordnet ist, die den Querschnitt der Lichtverteilung des an der Lichtaustrittsseite ausgekoppelten Lichts vorgibt. Die einmal entwickelte Lichteinkoppelstruktur zum Einkoppeln des Lichts an der Lichteintrittsseite des optischen Elements kann somit an allen Lichteintrittsseiten verwendet werden, so dass das in das optische Element eingekoppelte Strahlenbündel für alle Lichtverteilungsmittel von der Lichteinkoppelstruktur aus in das optischen Element identisch verläuft. Dies erleichtert erheblich die Entwicklung des optischen Elements. Über die Lichtauskoppelstruktur kann dann Einfluss auf die an der Lichtaustrittsseite emittierte Lichtverteilung genommen werden. Die Lichtauskoppelstruktur kann beispielsweise durch lineare Prismen – oder Linsenstrukturen realisiert sein. Auch können beispielsweise lichttechnische Systeme wie Mikroprismen, Mikrolinsen oder ähnliche Systeme für die Lichtauskoppelstruktur verwendet werden. Bei der Gestaltung des optischen Elements als Hohlkörper kann die Lichtauskoppelstruktur sowohl an der Innenseite der den Hohlraum umschließenden Seitenwände als auch an der Außenseite dieser Seitenwände angeordnet sein.
-
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung umfassend zumindest eine Lichtquelle sowie zumindest ein wie oben beschriebenes erfindungsgemäßes optisches Element. Die Anordnung umfassend Lichtquelle und optisches Element ermöglicht die Erzeugung von Licht mit einer vorbestimmten Lichtverteilung.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Leuchte umfassend zumindest ein wie oben beschriebenes erfindungsgemäßes optisches Element, eine Lichtquelle, eine Halterung für das optische Element sowie ein Leuchtengehäuse und eine Vorrichtung zur elektrischen Stromversorgung. Insbesondere kann die Halterung für das optische Element so ausgestaltet sein, dass das optische Element in verschiedenen Drehpositionen um seine Längsachse in der Halterung halterbar ist. Vorteilhafterweise kann das optische Element in der Halterung um seine Längsachse drehbar sein und in einer Drehposition fixierbar sein.
-
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden 1 bis 4 weitererläutert.
-
Es zeigt
-
1: in einer schematischen Prinzipdarstellung den Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Elements;
-
2: in einer Prinzipdarstellung den Ausschnitt eines Querschnitts einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Elements umfassend den Querschnitt der Lichteinkoppelstruktur;
-
3: in einer Prinzipdarstellung den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements;
-
4: in einer Prinzipdarstellung den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements.
-
In 1 ist der Querschnitt eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 in einer schematischen Prinzipdarstellung dargestellt. Der Querschnitt ist nach Art eines regelmäßigen Dreiecks ausgebildet. Das optische Element umfasst drei Lichteintrittsseiten 2a, 2b, 2c sowie drei Lichtaustrittsseiten 3a, 3b, 3c. Die Lichteintrittsseiten 2a, 2b, 2c sind als spitze Kanten ausgebildet. Einer jeden Lichteintrittsseite 2a, 2b, 2c liegt jeweils genau eine Lichtaustrittsseite 3a, 3b, 3c gegenüber.
-
Licht, das an einer Lichteintrittsseite 2a, 2b, 2c in das optische Element 1 eingekoppelt wird, durchläuft das optische Element 1 und tritt an der zugeordneten Lichtaustrittsseite 3a, 3b, 3c aus dem optischen Element 1 aus. Für jedes Lichtverteilungsmittel des optischen Elements ist in 1 der Verlauf des Lichts zu den jeweiligen Lichteintrittsseiten 2a, 2b, 2c sowie in dem optischen Element 1 von den Lichteintrittsseiten 2a, 2b, 2c zu den Lichtaustrittsseiten 3a, 3b, 3c und von den Lichtaustrittsseiten 3a, 3b, 3c weg schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt, wobei die Richtung, in die das Licht verläuft, durch Pfeile dargestellt ist. In dem in
-
1 dargestellten Querschnitt sind Feinstrukturen an den Lichteintrittsseiten 2a, 2b, 2c oder an den Lichtaustrittsseiten 3a, 3b, 3c nicht eingezeichnet, da in 1 lediglich der prinzipielle Aufbau eines optischen Elements und das Zusammenwirken von Lichteintrittsseite 2a, 2b, 2c mit Lichtaustrittsseite 3a, 3b, 3c zur Bildung von Lichtverteilungsmitteln erläutert werden sollen. Dabei sind auch die durch die jeweiligen Lichtverteilungsmittel vorbestimmten Lichtverteilungen in der schematischen Darstellung nicht eingezeichnet.
-
In 2 ist der Ausschnitt eines Querschnitts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 dargestellt. An der Lichteintrittsseite 2 des optischen Elements 1 ist eine Lichtquelle 5 angeordnet. Die Lichteintrittsseite 2 weist eine Lichteinkoppelstruktur 4 auf. Die Lichtquelle 5 ist innerhalb der Lichteinkoppelstruktur 4 dergestalt angeordnet, dass die Lichteinkoppelstruktur 4 die Lichtquelle 5 abschnittsweise umschließt. Zwischen der Lichtquelle 5 und dem optischen Element 1 ist Luft angeordnet. Der Brechungsindex des Materials, aus dem die Lichteinkoppelstruktur 4 hergestellt ist, ist größer als 1.
-
Durch die in 2 dargestellte geometrische Ausgestaltung der Lichteinkoppelstruktur 4 wird Licht, das von der Lichtquelle 5 in Richtung zur Lichteinkoppelstruktur 4 mit einem Winkel von über ca. 40° zu der Verbindungsachse zwischen Lichteintrittsseite 2 und ihrer in 2 nicht dargestellten gegenüberliegenden Lichtaustrittsseite 3 gesandt wird, an der der Lichtquelle 5 zugewandten Fläche der Lichteinkoppelstruktur 4 gebrochen und innerhalb des Materials der Lichteinkoppelstruktur 4 an die von der Lichtquelle 5 wegweisende Begrenzung der Lichteinkoppelstruktur 4 gelenkt. An dieser Begrenzung, d. h. der Grenzfläche zwischen der Lichteinkoppelstruktur 4 und der sie umgebenden Luft, findet eine Totalreflexion des Lichts statt, so dass das Licht in Richtung zu der der Lichteintrittsseite 2 gegenüberliegenden Lichtaustrittsseite 3 gelenkt wird. Dadurch ermöglicht die Lichteinkoppelstruktur 4, dass ein möglichst hoher Anteil des von der Lichtquelle 5 in Richtung zur Lichteinkoppelstruktur 4 emittierten Lichts in das optische Element 1 eingekoppelt wird und zu der gegenüberliegenden Lichtaustrittsseite 3 gesandt wird. Damit trägt die Lichteinkoppelstruktur 4 dazu bei, dass möglichst sämtliches in das optische Element 1 eingekoppeltes Licht ausschließlich an der der Lichteintrittsseite 2 gegenüberliegenden Lichtaustrittsseite 3 aus dem optischen Element 1 ausgekoppelt wird, so dass es von dem optischen Element 1 in einer vorbestimmten Lichtverteilung ausgesandt wird.
-
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichteinkoppelstruktur 4 nach Art eines speziellen CPC (compound parabolic concentrator) ausgebildet, um eine möglichst zuverlässige Einkopplung von Licht in das optische Element 1 zu gewährleisten. Dem Fachmann ist offensichtlich, dass auch andere Lichteinkoppelstrukturen für das Einkoppeln von Licht in das optische Element 1 und das Senden von Licht in Richtung zur Lichtaustrittsseite 3 geeignet sein können.
-
In 2 ist das optische Element 1 als Hohlkörper ausgebildet, wobei die Seitenwände 6 des optischen Elements 1 einen Hohlraum 7 umschließen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lichteinkoppelstruktur 4 so ausgebildet, dass das in das optische Element 1 eingekoppelte Lichtbündel einen Öffnungswinkel aufweist, der kleiner ist als der Winkel, den die beiden an der Lichteinkoppelstruktur 4 anliegenden Seitenwände 6 miteinander bilden. Dadurch wird vermieden, dass eingekoppelte Strahlen mit der Innenseite der Seitenwände 6 interagieren und so möglicherweise nicht zu der der Lichteintrittsseite 2 gegenüberliegenden Lichtaustrittsseite 3 gelangen, so dass ein möglichst hoher Anteil des eingekoppelten Lichts gemäß der vorgegebenen Lichtverteilung von dem optischen Element 1 abgestrahlt wird.
-
In 3 ist in einer Prinzipdarstellung der Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 dargestellt. Der Querschnitt des optischen Elements 1 ist nach Art eines regelmäßigen Dreiecks ausgebildet. Die Ecken des Dreiecks, die den Kanten 2a, 2b, 2c des optischen Elements 1 zugeordnet sind, weisen sämtlich eine Längenerstreckung auf, so dass die den Seitenflächen 3a, 3b, 3c zugeordneten Seiten des Dreiecks nicht spitz in den Ecken zusammenlaufen. Jede der drei Kanten 2a, 2b, 2c des optischen Elements 1 ist als Lichteintrittsseite 2 ausgebildet, wobei jede der drei Kanten 2a, 2b, 2c die identische Lichteinkoppelstruktur 4 aufweist. Einer jeden Lichteintrittsseite 2a, 2b, 2c ist eine ihr gegenüberliegende Lichtaustrittsseite 3a, 3b, 3c zugeordnet. Licht, das an einer Lichteintrittsseite 2a, 2b, 2c in das optische Element 1 eingekoppelt wird, tritt ausschließlich an der ihr zugeordneten Lichtaustrittsseite 3a, 3b, 3c aus dem optischen Element 1 aus.
-
Das optische Element 1 ist als Hohlkörper ausgebildet. Die Seitenwände 6 des optischen Elements 1 weisen an ihrer Außenseite jeweils eine Lichtauskoppelstruktur 5a, 5b, 5c auf. Somit ist an jeder Lichtaustrittsseite 3a, 3b, 3c eine Lichtauskoppelstruktur 5a, 5b, 5c angeordnet. Die Lichtauskoppelstrukturen 5a, 5b, 5c unterscheiden sich jeweils voneinander.
-
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind somit die Lichteinkoppelstrukturen an den Lichteintrittsseiten 2a, 2b, 2c identisch, weiterhin sind die Innenseiten sämtlicher Seitenwände 6 des optischen Elements 1 identisch ausgebildet und darüber hinaus ist der Querschnitt des optischen Elements 1 nach Art eines regelmäßigen Dreiecks ausgebildet. Die Lichtverteilungen, die von den Lichtverteilungsmitteln umfassend die Lichteintritts- und Lichtaustrittsseiten 2a, 3a bzw. 2b, 3b bzw. 2c, 3c vorgegeben sind, unterscheiden sich demnach ausschließlich aufgrund der unterschiedlichen Ausgestaltungen der Lichtauskoppelstrukturen 5a, 5b, 5c.
-
In 4 ist in einer Prinzipdarstellung der Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 dargestellt. Die Ausführungsform nach 4 unterscheidet sich von der nach 3 lediglich darin, dass die Lichtauskoppelstrukturen 5a, 5b, 5c an der Innenseite der Seitenwände 6 des optischen Elements 1 angeordnet sind. Dadurch lässt sich eine Beschädigung der Lichtauskoppelstrukturen 5a, 5b, 5c durch äußere Krafteinwirkung auf das optische Element 1 zumindest weitestgehend vermeiden. Dies ist insbesondere im Hinblick darauf relevant, dass gerade durch die Lichtauskoppelstrukturen 5a, 5b, 5c die durch das optische Element 1 vorbestimmte Lichtverteilung determiniert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- optisches Element
- 2, 2a, 2b, 2c
- Lichteintrittsseite
- 3, 3a, 3b, 3c
- Lichtaustrittsseite
- 4
- Lichteinkoppelstruktur
- 5a, 5b, 5c
- Lichtauskoppelstruktur
- 6
- Seitenwand
- 7
- Hohlraum
