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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtabstrahleinrichtung zur Verwendung in einer Leuchte. Die Lichtabstrahleinrichtung weist wenigstens ein Leuchtmittel, insbesondere ein Halbleiterleuchtmittel, wie beispielsweise eine Leuchtdiode bzw. eine Lumineszenzdiode, sowie wenigstens einen Linsenkörper auf. Der Linsenkörper wird von dem vom Leuchtmittel emittiertem Licht durchstrahlt.
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Eine solche Lichtabstrahleinrichtung ist beispielsweise aus
DE 20 2009 009 763 U1 bekannt. Dort ist einer Leuchtdiode eine optische Linse zugeordnet. Die Leuchtdiode ist in einer Leuchtmittelaussparung der Linse angeordnet. Durch die geometrische Gestalt der optischen Linse soll eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik erreicht werden. Die optischen Linsen können auch in einer Matrix in Reihen und Spalten nebeneinander angeordnet sein. Jeder Leuchtdiode ist dabei eine separate optische Linse zugeordnet, die die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiode beeinflusst.
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DE 10 2011 114 196 A1 beschreibt ein optisches Element für eine Lichtabstrahleinrichtung. Das optische Element ist als kreisbogenförmiger Hohlkörper ausgeführt, der eine Vielzahl von Konvexlinsen mit halbkreisförmiger Querschnittskontur auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite des Hohlkörpers aufweist.
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Aus
DE 10 2005 045 590 A1 ist ein optisches Element bekannt, womit ein Hauptanteil des von einem Leuchtmittel abgestrahlten Lichts um etwa 90° umgelenkt wird und nur ein geringerer Anteil in Richtung der optischen Achse des Leuchtmittels abgestrahlt wird. Hierzu kann das optische Element eine ungefähr V-förmige Vertiefung in einer Längsrichtung oberhalb der in Längsrichtung aufgereihten Leuchtmittel aufweisen, die zwischen zwei voneinander weg verlaufenden gekrümmten Teilen des optischen Elements gebildet ist. Die Oberseite des optischen Elements, die an die ungefähr V-förmige Vertiefung angrenzt, dient als Totalreflexionsfläche, um die Lichtablenkung zu erreichen. Die Oberseite kann gerippt ausgeführt sein.
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Bei der Verwendung von weißen Leuchtdioden als Leuchtmittel werden häufig Diodenchips verwendet, die blaues Licht abstrahlen. Auf dem Diodenchip sitzt ein Konvertierungsmedium, das beispielsweise ein Phosphormaterial aufweist, mittels dem die Wellenlänge des vom Diodenchip abgestrahlten blauen Lichts zumindest teilweise verändert und insbesondere in den gelben Wellenlängenbereich verschoben wird. Somit wird Licht mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen abgestrahlt, das durch die Mischung für den Betrachter weiß erscheint. Bei vielen Linsen kann es dazu kommen, dass die angestrahlte Fläche zumindest abschnittweise in unterschiedlichen Farben, beispielsweise bläulich oder gelblich erscheint, je nachdem, wie das Licht des Diodenchips bzw. des Konvertierungsmaterials durch die Linse abgestrahlt wird. Denn der Diodenchip und das Konvertierungsmedium sind nicht am exakt gleichen Ort angeordnet, wobei außerdem der Diodenchip eher als ein Punktstrahler und das Konvertierungsmedium eher als ein Volumenstrahler anzusehen sind, so dass sich durch die Linse eine ungleichmäßige Durchmischung der beiden Lichtwellenlängen ergeben kann.
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Außerdem besteht bei vielen Leuchten die Forderung an die Lichtabstrahleinrichtung, dass die verwendeten Leuchtmittel, beispielsweise Leuchtdioden, nicht als separate Punkte wahrgenommen werden, sondern dass die Emission des Lichts durch die Lichtabstrahleinrichtung eher als flächige Abstrahlung wahrgenommen wird.
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Es kann somit als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Lichtabstrahleinrichtung zu schaffen, die eine verbesserte, insbesondere gleichmäßigere Lichtabstrahlung bewirkt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lichtabstrahleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung weist die Lichtabstrahleinrichtung wenigstens ein Leuchtmittel und wenigstens einen Linsenkörper auf. Der Linsenkörper hat eine Lichtabstrahlfläche, die in Richtung der optischen Achse des Leuchtmittels mit Abstand zu dem Leuchtmittel angeordnet ist. Die Lichtabstrahlfläche erstreckt sich vorzugsweise in einer Ebene, die durch eine Querrichtung und eine Längsrichtung aufgespannt ist. Die Querrichtung und die Längsrichtung sind rechtwinklig zueinander orientiert. Sowohl die Querrichtung, als auch die Längsrichtung sind rechtwinklig zur optischen Achse des Leuchtmittels ausgerichtet.
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Es ist alternativ hierzu auch möglich, dass die Lichtabstrahlfläche eine von der ebenen Form abweichende Gestalt aufweist und beispielsweise konvex gekrümmt ist oder eine facettierte oder andere Oberflächenstruktur aufweist.
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An die Lichtabstrahlfläche schließt sich in Querrichtung auf beiden Seiten jeweils eine Reflexionsfläche des Linsenkörpers an. Die Reflexionsfläche reflektiert das von dem wenigstens einen Leuchtmittel emittierte Licht. Im Übrigen ist der Linsenkörper für das vom Leuchtmittel emittierte Licht durchlässig. Die Reflexionsflächen können beispielsweise durch Beschichten des ansonsten für sichtbares Licht transparenten Linsenkörpers mit einer reflektierenden Schicht hergestellt sein. Die Reflexion kann auch durch Totalreflexion des Lichts an den Reflexionsflächen erfolgen.
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Die Reflexionsflächen sind in einer Schnittebene, die rechtwinklig zur Längsrichtung ausgerichtet ist und somit einen Längsschnitt darstellt, parabelähnlich gekrümmt oder die Krümmung ist an die parabelähnliche Form angenähert, beispielsweise durch mehrere gerade Kanten bzw. ebene Flächen, die insbesondere Tangenten und/oder Sekanten an den Parabelast darstellen können. Zumindest ist diese bevorzugt parabelähnliche Krümmung, die durch den Parabelast angenähert ist, an der Quermittelebene des Linsenkörpers vorhanden.
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Diese Krümmung definiert einen Brennpunkt. Jeder Reflexionsfläche ist daher wenigstens ein Brennpunkt zugeordnet.
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In Richtung parallel zu seiner optischen Achse ist das Leuchtmittel vorzugsweise mit Abstand zu dem wenigstens einen Brennpunkt angeordnet. Vorzugsweise ist der Abstand des Leuchtmittels von der Lichtabstrahlfläche größer, als der Abstand wenigstens eines und vorzugsweise beider Brennpunkte der Reflexionsflächen von der Lichtabstrahlfläche.
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Bevorzugt haben die beiden Brennpunkte der Reflexionsflächen der jeweiligen Quermittelebene denselben Abstand von der Leuchtmittelebene und sind somit in Richtung der optischen Achse des Leuchtmittels auf derselben Höhe angeordnet. Insbesondere können die Brennpunkte einen gemeinsamen Punkt bilden.
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Die zumindest in einer Schnittebene parabelähnlich gekrümmten Reflexionsflächen sind jeweils einem Parabelast einer Parabel angenähert, wobei die Parabeläste relativ zu der rechtwinkelig zur Querrichtung ausgerichteten Längsmittelebene durch den Linsenkörper gegeneinander verschoben und/oder verschwenkt sind. Insbesondere sind die Parabeläste aufeinander zu geneigt. Dadurch entsteht an der Längsmittelebene eine Knickstelle zwischen den beiden Parabelästen.
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Durch das Anordnen des Leuchtmittels außerhalb des wenigstens einen Brennpunkts, insbesondere unterhalb davon, kann eine bessere Lichtdurchmischung der unterschiedlichen Lichtwellenlängen des Leuchtmittels erreicht werden. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Lichtabstrahlung, wenn beispielsweise Leuchtdioden als Leuchtmittel verwendet werden, die einen Diodenchip und ein Konversionsmedium aufweisen, mit dessen Hilfe die Wellenlänge des vom Diodenchip abgestrahlten Lichts zumindest teilweise verschoben wird, um beispielsweise weißes Licht durch Lichtmischung zu erzeugen. Die Neigung, auf einer angestrahlten weißen Fläche Bereiche mit unterschiedlicher Lichtfarbe zu erzeugen, ist durch das Anordnen des Leuchtmittels außerhalb des Brennpunktes deutlich reduziert.
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Bei der erfindungsgemäßen Lichtabstrahleinrichtung ist eine erste Anzahl von Leuchtmitteln vorhanden, die in einer Längsrichtung nebeneinander angeordnet sind, vorzugsweise in einer einzigen Reihe. Außerdem ist eine Linsenanordnung mit einer zweiten Anzahl von Linsenkörpern vorgesehen. Die Linsenkörper und die Anordnung des Leuchtmittels relativ dazu kann wie im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Lichtabstrahleinrichtung realisiert sein. Vorzugsweise sind alle Leuchtmittel und/oder Linsenkörper der Linsenanordnung identisch ausgestaltet.
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Der Kerngedanke der Lichtabstrahleinrichtung besteht darin, dass zwischen dem Anordnungsraster der Linsenkörper und dem Anordnungsraster der Leuchtmittel in Längsrichtung betrachtet, keine Übereinstimmung und zumindest innerhalb eines vorgegebenen Längsabschnitts kein sich wiederholendes Muster zwischen den beiden Anordnungsrastern besteht. Dazu ist die erste Anzahl der Leuchtmittel verschieden von und bevorzugt kleiner als die zweite Anzahl der Linsenkörper. Durch jeden Linsenkörper erstreckt sich eine Quermittelebene, die rechtwinkelig zu der Längsrichtung ausgerichtet ist. Zumindest mehrere der Leuchtmittel sind so angeordnet, dass keine dieser Quermittelebenen mittig durch das Leuchtmittel verläuft. Dadurch wird eine Unregelmäßigkeit in der Zuordnung zwischen den Leuchtmitteln und den Linsenkörpern erreicht, so dass auch bei der Verwendung von punktförmig bzw. hemisphärisch abstrahlenden Leuchtmitteln über die Linsenanordnung der Eindruck einer flächigen Lichtabstrahlung erreicht werden kann.
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Es ist vorteilhaft, wenn mehrere der Leuchtmittel erste Leuchtmittel bilden, die von einer Quermittelebene unsymmetrisch geschnitten werden. Außerdem bilden vorzugsweise mehrere der Leuchtmittel zweite Leuchtmittel, die zwischen zwei unmittelbar benachbarten Quermittelebenen angeordnet, sind ohne von einer Quermittelebene geschnitten zu werden. Dabei können in einer Gruppe von Leuchtmitteln, die in Längsrichtung in einem Längsabschnitt angeordnet sind, sowohl erste als auch zweite Leuchtmittel vorhanden sein. Insbesondere werden die ersten Leuchtmittel in dieser Gruppe alle an unterschiedlichen Stellen von der jeweiligen Quermittelebene geschnitten und/oder die zweiten Leuchtmittel in dieser Gruppe weisen alle unterschiedliche Relativpositionen bzw. Relativabstände im jeweiligen Zwischenraum zwischen den beiden benachbarten Quermittelebenen auf.
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Vorzugsweise existiert zwischen der ersten Anzahl der Leuchtmittel und der zweiten Anzahl der Linsenkörper kein ganzzahliger Faktor. Somit ist die erste Anzahl kein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Anzahl und umgekehrt. Es existiert daher keine ganzzahlige Zuordnung von einem Leuchtmittel zu einem oder mehreren Linsenkörpern und umgekehrt.
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Die Abmessung eines Linsenkörpers in Längsrichtung kann bei allen Ausführungsbeispielen im Bereich von 0,2 mm bis 5 mm liegen und vorzugsweise im Bereich von 1 mm bis 3 mm. Bei dieser Größenordnung der Linsenkörper werden in Längsrichtung unmittelbar aneinander anliegende Linsenkörper in einer Entfernung ab etwa 1 m nicht mehr als einzelnes Segment der Linsenanordnung wahrgenommen. Es entsteht somit der Eindruck einer durchgehenden Linse, die jedoch tatsächlich aus der zweiten Anzahl von Linsenkörpern gebildet ist.
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Die maximale Abmessung eines Linsenkörpers in Querrichtung kann bei allen Ausführungsbeispielen etwa 7 mm bis 15 mm oder auch mehr betragen. Die in Querrichtung maximale Abmessung eines Linsenkörpers befindet sich vorzugsweise an den gegenüberliegenden Rändern der Lichtabstrahlfläche. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Abmessung des Linsenkörpers an seiner breitesten Stelle an der Lichtabstrahlfläche etwa 9 bis 11 mm.
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Vorzugsweise sind die Leuchtmittel in Längsrichtung mit jeweils gleichen Leuchtmittelabständen angeordnet. Der Leuchtmittelabstand ist vorzugsweise verschieden von dem Linsenabstand und insbesondere größer als der Linsenabstand. Der Linsenabstand ist durch den Abstand zweier in Längsrichtung unmittelbar benachbarter Quermittelebenen definiert. Die Quermittelebenen verlaufenen rechtwinklig zur Längsrichtung jeweils mittig durch einen Linsenkörper.
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Die Anzahl der Linsenkörper ist vorzugsweise größer als die Anzahl der Leuchtmittel.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Linsenkörpers weist dieser zwei zueinander parallel verlaufende Flachseiten auf. Die Flachseiten sind jeweils rechtwinklig zur Längsrichtung ausgerichtet. Die Flachseiten erstrecken sich insbesondere in einer Ebene. Dadurch ist es möglich, die Linsenkörper mit jeweils zugeordneten Flachseiten aneinander anzulegen. Bei dieser Anordnung schließen sich vorzugsweise die Lichtabstrahlflächen der aneinander anliegenden, unmittelbar benachbarten Linsenkörper spaltfrei aneinander an. Auf diese Weise kann nahezu eine beliebige Anzahl von Linsenkörpern in Längsrichtung aufgereiht werden. Es lassen sich Leuchten in verschiedenen Längen modulartig aufbauen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Linsenkörper der Lichtabstrahleinrichtung identisch ausgeführt. Dadurch werden die Kosten der Lichtabstrahleinrichtung stark reduziert.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jeder Linsenkörper zumindest eine Symmetrieebene auf. Beispielsweise kann der Linsenkörper symmetrisch zu einer sich in Längsrichtung erstreckenden Längsmittelebene durch den Linsenkörper und/oder zu einer sich rechtwinklig zu der Längsrichtung erstreckenden Quermittelebene sein.
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Jeder Linsenkörper kann eine mit Abstand zur Lichtabstrahlfläche angeordnete Aussparung aufweisen. Die Aussparung kann ein Leuchtmittel zumindest teilweise aufnehmen. Da zwischen der Anzahl der Linsenkörper und der Anzahl der Leuchtmittel kein ganzzahliger Faktor existiert, muss in der Lichtabstrahleinrichtung nicht in jeder Aussparung ein Leuchtmittel vorhanden sein.
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Beim erfindungsgemäßen Linsenkörper sind die beiden Reflexionsflächen in einen ersten Flächenabschnitt und einen zweiten Flächenabschnitt unterteilt. Die beiden Flächenabschnitte stoßen an einer Stoßkante aneinander. Die Stoßkante befindet sich in der Quermittelebene durch den Linsenkörper, die rechtwinklig zur Längsrichtung ausgerichtet ist. Die beiden Flächenabschnitte stellen jeweils eine Facette der Reflexionsfläche dar. In einer Schnittebene, die durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespannt ist, erstreckt sich die in dieser Schnittebene liegende Schnittkante jedes Flächenabschnitts bevorzugt geradlinig von der Stoßkante weg. An der Stoßkante hat der Linsenkörper bei dieser Ausführungsform seine in Querrichtung maximale Abmessung. Diese Querabmessung an der Stoßkante ist im Übergangsbereich zur Lichtabstrahlfläche am größten.
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Die Flächenabschnitte der Reflexionsfläche schließen an der Außenseite des Linsenkörpers mit einer Bezugsebene einen Neigungswinkel ein. Die Bezugsebene verläuft rechtwinklig zu der Quermittelebene durch den Linsenkörper und tangential zur gekrümmten Stoßkante. Insbesondere ist der Neigungswinkel an jeder Betrachtungsstelle entlang der Stoßkante zwischen den beiden Flächenabschnitten konstant. Die Neigungswinkel des ersten und des zweiten Flächenabschnittes einer Reflexionsfläche haben vorzugsweise denselben Betrag.
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Der maximale Betrag für den Neigungswinkel ist in Abhängigkeit von dem Quotienten definiert, der durch den Leuchtmittelabstand geteilt durch die maximale Abmessung des Linsenkörpers ermittelt wird. Insbesondere ist der Tangens des maximalen Neigungswinkels ungefähr gleich dem beschriebenen Quotienten. Der Tangens des Neigungswinkels kann dabei insbesondere maximal um den Betrag von 10 bis 15% von dem Quotienten abweichen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lichtabstrahleinrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Lichtabstrahleinrichtungen anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Linsenkörpers,
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2 eine schematische, perspektivische Explosionsdarstellung einer Linsenanordnung mit mehreren Linsenkörpern gemäß 1 sowie mehreren Leuchtmitteln,
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3 eine schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lichtabstrahleinrichtung gemäß 2 mit Blick auf die Leuchtmittelseite,
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4 eine schematische Prinzipskizze der Krümmung der Reflexionsflächen eines Linsenkörpers in einer Quermittelebene durch den Linsenkörper,
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5 eine schematische Prinzipskizze der durch einen Linsenkörper durchbrochenen sowie der durch den Linsenkörper reflektierten Lichtstrahlen, die von einem Leuchtmittel emittiert werden,
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6 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Haltemittels zur Anordnung der Leuchtmittel an der Linsenanordnung,
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7 eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haltemittels zur Anordnung der Leuchtmittel an der Linsenanordnung und
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8 eine schematische Darstellung einer Gruppe von Leuchtmitteln in einem Längsabschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Lichtabstrahleinrichtung gemäß 2 und 3 mit Blick auf die Leuchtmittelseite.
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In den 2 und 3 ist eine Lichtabstrahleinrichtung 10 veranschaulicht, die eine erste Anzahl n von Leuchtmitteln 11 aufweist, die in einer Längsrichtung L beispielsgemäß in einer einzigen Reihe nebeneinander angeordnet sind. Als Leuchtmittel 11 werden vorzugsweise Halbleiterleuchtmittel verwendet, die das Licht in etwa punktförmig bzw. hemisphärisch abstrahlen. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um Leuchtdioden. Die Leuchtdioden haben einen Diodenchip. Der Diodenchip 12 strahlt Licht einer ersten Lichtwellenlänge ab, beispielsweise blaues Licht. Auf dem Diodenchip kann ein Konversionsmedium 13 angeordnet sein, dass das vom Diodenchip 12 abgestrahlte Licht der ersten Wellenlänge zumindest teilweise in Licht einer zweiten Wellenlänge umwandelt, beispielsweise gelbes Licht. Das Licht der ersten Wellenlänge und das Licht der zweiten Wellenlänge werden gemischt und Licht beider Lichtwellenlängen wird vom Leuchtmittel abgestrahlt. Auf diese Weise kann beispielsweise weißes Licht vom Leuchtmittel 11 abgestrahlt werden.
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Bei der Lichtabstrahleinrichtung gemäß der 2 und 3 haben die in Längsrichtung L unmittelbar benachbarten Leuchtmittel 11 einen Leuchtmittelabstand x. Der Leuchtmittelabstand x ist jeweils von den beiden Mittelpunkten der Leuchtmittel 11 in Bezug auf die Längsrichtung L gemessen.
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Zu der Lichtabstrahleinrichtung 10 gehört außerdem eine Linsenanordnung 17. Die Linsenanordnung 17 enthält eine zweite Anzahl m identischer Linsenkörper 18. Die Linsenkörper 18 sind aus für das von den Leuchtmitteln 11 abgestrahlte Licht transparentem Material hergestellt.
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In Längsrichtung L sind die Linsenkörper 18 unmittelbar aneinander anschließend nebeneinander angeordnet, beispielsgemäß spaltfrei. Die Linsenkörper 18 der Linsenanordnung 17 können beispielsweise als ein Spritzgießteil aus transparentem Kunststoff hergestellt sein. Es ist auch möglich, dass die gesamte Linsenanordnung als ein Spritzgießteil gefertigt wird.
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Jeder Linsenkörper 18 weist zwei parallel zueinander verlaufende und quer zur Längsrichtung L ausgerichtete Flachseiten 19 auf. Zwei unmittelbar benachbarte Linsenkörper 18 liegen mit ihren Flachseiten 19 jeweils flächig aneinander an, so dass zwischen den beiden Linsenkörpern 18 kein Zwischenraum verbleibt. Die Flachseiten 19 erstrecken sich insbesondere in einer Ebene, die durch eine rechtwinklig zur Längsrichtung L verlaufende Querrichtung Q sowie eine sowohl zur Längsrichtung L, als auch zur Querrichtung Q rechtwinklig verlaufende Höhenrichtung H aufgespannt ist. Die Höhenrichtung H ist parallel zu einer optischen Achse A der Leuchtmittel 11 orientiert.
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Ein Linsenabstand y zwischen zwei in Längsrichtung L unmittelbar benachbarten angeordneten Linsenkörpern 18 entspricht dem Abstand zwischen den beiden Quermittelebenen MQ durch die Linsenkörper 18. Die Quermittelebenen MQ sind rechtwinklig zur Längsrichtung L ausgerichtet und mittig zwischen den beiden Flachseiten 19 eines Linsenkörpers 18 angeordnet. In 2 sind die Quermittelebenen MQ schematisch durch gestrichelte Linien veranschaulicht.
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Der Leuchtmittelabstand x zwischen zwei jeweils benachbarten Leuchtmitteln 11 ist beispielsgemäß gleich groß. Der Linsenabstand y zwischen zwei jeweils benachbarten Linsenkörpern 18 ist ebenfalls stets gleich groß. Der Linsenabstand y ist verschieden vom Leuchtmittelabstand x. Beispielsgemäß existiert kein ganzzahliger Faktor zwischen dem Linsenabstand y und dem Leuchtmittelabstand x.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Leuchtmittelabstand x auch variieren.
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Um bei der Verwendung von hemisphärisch abstrahlenden Leuchtmitteln 11 den Eindruck einer flächigen Lichtabstrahlung zu erhalten, besteht zwischen dem Anordnungsraster der Leuchtmittel 11 und dem Anordnungsraster der Linsenkörper 18 in Längsrichtung L keine konstante und/oder ganzzahlige Zuordnung 1:k oder k:1, wenn k eine beliebige ganze Zahl ist. Alle Leuchtmittel 11 oder zumindest die Leuchtmittel 11 innerhalb eines Längenabschnitts in Längsrichtung L – die eine Gruppe bilden – weisen auf (8):
- – erste Leuchtmittel 11a, die von einer Quermittelebene MQ unsymmetrisch geschnitten werden und
- – zweite Leuchtmittel 11b, die zwischen zwei Quermittelebenen MQ angeordnet sind und von keiner Quermittelebene MQ geschnitten werden und
- – optional dritte Leuchtmittel 11c, die von einer Quermittelebene MQ symmetrisch geschnitten werden.
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Zumindest innerhalb der Gruppe werden alle ersten Leuchtmittel 11a von der jeweils schneidenden Quermittelebene MQ an einer anderen Stelle des ersten Leuchtmittels 11a geschnitten und/oder alle zweiten Leuchtmittel 11b haben in ihrem jeweiligen Zwischenraum zwischen den beiden Quermittelebenen MQ eine andere Relativposition bzw. andere Relativabstände zu den beiden den Zwischenraum begrenzenden Quermittelebenen MQ.
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Die erste Anzahl n der Leuchtmittel 11 ist verschieden von der zweiten Anzahl m der Linsenkörper 18. Zwischen der ersten Anzahl n und der zweiten Anzahl m existiert beispielsgemäß kein ganzzahliger Faktor. Insbesondere ist die erste Anzahl n der Leuchtmittel 11 kleiner als die zweite Anzahl m der Linsenkörper 18. Eine eindeutige Zuordnung jedes Leuchtmittels 11 zu einer ganzzahligen Anzahl von Linsenkörpern 18 oder umgekehrt ist somit nicht möglich. Die Zuordnung zwischen Leuchtmitteln 11 und Linsenkörpern 18 ist beispielsgemäß weder injektiv noch surjektiv. Die zweite Anzahl m ist vorzugsweise größer als das Zwei- bis Dreifache der ersten Anzahl n.
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Der Linsenabstand y beträgt bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 2 bis 3 mm. Der Linsenabstand y entspricht der Abmessung eines Linsenkörpers zwischen seinen beiden Flachseiten 19 in Längsrichtung. Der Linsenabstand y kann auch kleiner als 2 mm sein, vorzugsweise minimal 0,2 mm.
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Der Linsenkörper 18 der Lichtabstrahleinrichtung 10 ist in 1 perspektivisch veranschaulicht. Er weist eine Lichtabstrahlfläche 23 auf. Die Lichtabstrahlfläche 23 ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel eben ausgeführt und erstreckt sich in einer Ebene, die durch die Längsrichtung L und die Querrichtung Q aufgespannt ist. In Abwandlung hierzu könnte die Lichtabstrahlfläche 23 auch nichteben ausgeführt sein, beispielsweise in Querrichtung und/oder in Längsrichtung konvex gewölbt. Die Lichtabstrahlfläche könnte auch facettiert oder auf andere Art strukturiert sein.
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In Querrichtung Q schließt sich an die Lichtabstrahlfläche 23 jeweils eine Reflexionsfläche 24 an. Die Reflexionsfläche 24 ist für das von den Leuchtmitteln 11 abgestrahlte Licht undurchlässig und reflektiert das einfallende Licht. Dadurch entstehen reflektierte Lichtstrahlen SR, was in 5 schematisch veranschaulicht ist. Andere von den Leuchtmitteln 11 emittierte Lichtstrahlen durchdringen den Linsenkörper 18 ohne an den Reflexionsflächen 24 reflektiert zu werden und stellen gebrochene Lichtstrahlen SG dar, die in 5 schematisch mit durchgezogenen Linien veranschaulicht sind.
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Die Reflexionsflächen 24 können beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der aus lichtdurchlässigem Material hergestellte Linsenkörper 18 mit einer reflektierenden Schicht beschichtet wird. Bei der Reflexion kann es auch um Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Linsenkörper und dem umgebenden Medium, was z. B. Luft sein kann.
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Die beiden Reflexionsflächen 24 eines Linsenkörpers 18 sind jeweils in einen ersten Flächenabschnitt 24a und einen zweiten Flächenabschnitt 24b unterteilt. Die beiden Flächenabschnitte 24a, 24b stoßen an einer Stoßkante 25 aneinander an. Beide Flächenabschnitte 24a, 24b bilden mit der jeweils benachbarten Flachseite 19 eine Seitenkante 26. In einer Querebene, rechtwinklig zur Längsrichtung L, haben die Stoßkante 25 und die Seitenkanten 26 jeder Reflexionsfläche 24 einen gekrümmten Verlauf mit einer jeweiligen Krümmung K. Die Krümmung K der Kanten 25, 26 ist parabelähnlich oder parabelförmig. Das heißt, dass sich die Stoßkante 25 und/oder die Seitenkante 26 zumindest angenähert entlang eines Abschnitts eines Parabelastes erstrecken. Für die Stoßkante 25 ist der in etwa parabelförmige Verlauf in 4 stark schematisiert veranschaulicht.
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Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Parabeläste durch stückweise lineare Funktionen angenähert sind. Die Kanten 25, 26 ist dann abschnittsweise geradlinig.
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Die sich bezüglich der Längsmittelebene ML gegenüberliegenden Parabeläste der Reflexionsflächen 24, die jeweils die Krümmung K der betreffenden Stoßkante und/oder Seitenkante 26 eines Flächenabschnitts 24a, 24b definieren, sind zwar gegenüber der Längsmittelebene ML symmetrisch zueinander, bilden aber zusammen keine gemeinsame Parabel. Beispielsgemäß sind die sich gegenüberliegenden Parabeläste zur Definition der Krümmung K jeweils relativ zur Längsmittelebene verschoben und/oder geneigt. Beispielsweise können zwei sich bezüglich der Längsmittelebene ML gegenüberliegende Parabeläste der Reflexionsflächen 24 dadurch gebildet werden, dass eine Parabel an ihrem Extrempunkt aufgetrennt und die beiden Parabeläste aufeinander zu geneigt werden. Optional können die Parabeläste von der Längsmittelebene ML weg und/oder parallel dazu verschoben werden. Auf einem Abschnitt der so angeordneten Parabeläste verlaufen die einander gegenüberliegenden Stoßkanten 25 und/oder Seitenkanten 25 eines Linsenkörpers 18.
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An der Stoßkante 25 weist der Linsenkörper 18 seine maximale Querabmessung auf, die hier als Linsenbreite B bezeichnet wird. Diese maximale Querabmessung erreicht der Linsenkörper 18 zwischen den beiden Übergangsstellen der Reflexionsflächen 24 mit der Lichtabstrahlfläche 23 und beispielsgemäß zwischen den beiden Stoßkanten 25.
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Die Reflexionsflächen 24 sind facettiert. In einer Schnittebene, die durch die Längsrichtung L und die Querrichtung Q aufgespannt ist, bilden die Flächenabschnitte 24a, 24b einer Reflexionsfläche 24 jeweils eine geradlinige Schnittkante. In Krümmungsrichtung parallel zu den Seitenkanten 26 bzw. zur Stoßkante 25 sind die beiden Flächenabschnitte 24a, 24b vorzugsweise stufen- und kantenlos stetig gekrümmt ausgeführt. Die Flächenabschnitte 24a, 24b können aber auch durch ebene, z. B. rechteckige Teilflächen gebildet werden, wobei die Stoßkante 25 ein durch lineare Abschnitte angenäherter Parabelastabschnitt sein kann.
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Jeder Flächenabschnitt 24a, 24b schließt mit einer Bezugsebene E einen Neigungswinkel α ein. Die Bezugsebene E ist dabei rechtwinklig zur Quermittelebene MQ orientiert und tangential an eine Betrachtungsstelle der Stoßkante 25 angelegt. Der Neigungswinkel α kann beim bevorzugten Ausführungsbeispiel an jeder Betrachtungsstelle entlang der Stoßkante 25 zumindest im Wesentlichen gleich groß sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Neigungswinkel α entlang der Stoßkante 25 variieren. Der Neigungswinkel α hat für den ersten Flächenabschnitt 24a und den zweiten Flächenabschnitt 24b denselben Betrag. Beispielsweise kann der Betrag des Neigungswinkels α 10° bis 20° sein, wobei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Betrag von etwa 15° gewählt wurde.
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Der Neigungswinkel α, der Leuchtmittelabstand x und die Linsenbreite B stehen in einem Zusammenhang. Der Tangens des Neigungswinkels α ist betragsmäßig nicht größer als der Quotient aus dem Leuchtmittelabstand x geteilt durch die Linsenbreite B. Diese Relation kann entlang der Stoßkante 25 näherungsweise beibehalten bleiben, wobei die Linsenbreite dann die Breite in der jeweiligen Schnittebene ist, die in Längsrichtung L und in Querrichtung Q aufgespannt ist und beispielsweise parallel zur Lichtaustrittsfläche sein kann. Der Tanges des Neigungswinkels α kann dabei um +/–10% von dem Quotienten abweichen. Bei dieser Ausführung lassen sich besonders gute, gleichmäßige Lichteindrücke erreichen. Darunter ist zu verstehen, dass ein Betrachter die an sich punktförmig, hemisphärisch abstrahlenden Leuchtmittel 11 nicht mehr als einzelne separate Lichtquellen wahrnimmt, sondern an den aneinander anschließenden Lichtabstrahlflächen 23 der Linsenkörper 18 der Eindruck einer flächigen Lichtabstrahlung entsteht.
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In Höhenrichtung H mit Abstand zu der Lichtabstrahlfläche 23 weist jeder Linsenkörper 18 eine Aussparung 30 auf. Die Aussparung 30 ist in Längsrichtung L zu beiden Seiten hin offen. Beim Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 30 durch drei Aussparungsflächen begrenzt. Eine erste Aussparungsfläche 31 und eine zweite Aussparungsfläche 32 sind in Querrichtung Q mit Abstand zueinander angeordnet. Eine dritte Aussparungsfläche 33 verbindet die erste Aussparungsfläche 31 mit der zweiten Aussparungsfläche 32. Alle drei Aussparungsflächen 31, 32, 33 haben jeweils eine gemeinsame Kante mit der einen sowie der anderen Flachseite 19 des Linsenkörpers 18. Die erste Aussparungsfläche 31 und die zweite Aussparungsfläche 32 schließen an der der dritten Aussparungsfläche 33 entgegengesetzten Seite an die jeweils benachbarte Reflexionsfläche 24 an. Die erste Aussparungsfläche 31 und die zweite Aussparungsfläche 32 haben gleiche Größe und Kontur und erstrecken sich jeweils in einer Ebene. Die beiden Ebenen, in denen sich die erste und die zweite Aussparungsfläche 31, 32 erstrecken, sind bevorzugt relativ zueinander geneigt. Der Abstand zwischen der ersten Aussparungsfläche 31 und der zweiten Aussparungsfläche 32 in Querrichtung Q nimmt von der dritten Aussparungsfläche 33 weg zu. Die dritte Aussparungsfläche 33 ist bei dem hier gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel in Querrichtung Q konvex gewölbt. An der Längsmittelebene ML, die rechtwinklig zur Querrichtung Q ausgerichtet ist, hat die dritte Aussparungsfläche 33 in Höhenrichtung H den größten Abstand von der Lichtabstrahlfläche 23. Beim Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 30 auch auf der dritten Aussparungsfläche 33 entgegengesetzten bzw. auf der von der Lichtabstrahlfläche 23 abgewandten Seite des Linsenkörpers 18 offen.
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In die Aussparung 30 kann ein Leuchtmittel 11 bzw. ein Träger 34 für ein oder mehrere Leuchtmittel 11 zumindest teilweise eingreifen. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Linsenkörpern 18 und Leuchtmitteln 11 ist nicht in jeder Aussparung 30 ein Leuchtmittel 11 angeordnet. Einige Aussparungen 30 können völlig frei sein von einem Leuchtmittel 11, in andere Aussparungen 30 kann ein Leuchtmittel 11 nur teilweise hineinragen oder in Längsrichtung außermittig angeordnet sein.
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Die Leuchtmittel 11 können an einem gemeinsamen Träger 34 angeordnet sein. Der Träger 34 kann bandförmig ausgestaltet sein und eine Breite aufweisen, die maximal der Breite der Aussparung 30 in Querrichtung Q entspricht (2). Alternativ und/oder zusätzlich hierzu kann der Träger auch durch eine Leiterplatte oder ein anderes plattenähnliches Trägerteil, wie etwa einen Kühlkörper, gebildet sein (5 bis 7). Der Träger 34 kann bei diesen Ausführungen auch eine Breite in Querrichtung Q haben, die größer ist als die maximale Breite der Aussparung 30.
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Wie anhand der 6 und 7 schematisch veranschaulicht, kann eine Halteeinrichtung 35 vorhanden sein, die die Linsenkörper 18 bzw. die Linsenanordnung 17 mit dem Träger 34, beispielsweise einer Aluminiumplatte oder einer Leiterlatte, verbindet. Zu der Halteeinrichtung 35 gehören beispielsgemäß zwei Halteelemente 36, die in Querrichtung Q auf entgegengesetzten Seiten der Linsenanordnung 17 angeordnet sind. Jedes Halteelement 36 weist ein Haltemittel 37 auf, mit dem der Träger 34 von in Querrichtung Q entgegengesetzten Seiten kraftschlüssig und/oder formschlüssig gehalten wird. Insbesondere wird der Träger 34 durch die Halteeinrichtung 35 bzw. die Halteelemente 36 in Höhenrichtung H und in Querrichtung Q – abgesehen von einem technisch notwendigen, tolerierbaren Spiel – in seiner Lage fixiert. Demgegenüber findet eine Lagefixierung des Trägers 34 gegenüber der Linsenanordnung 17 in Längsrichtung L nicht statt. Dadurch wird zugelassen, dass aufgrund einer thermischen Ausdehnung eine Relativbewegung zwischen dem Träger 34 mit den Leuchtmitteln 11 und der Linsenanordnung 17 stattfinden kann.
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Wie in den 2 und 5 bis 7 veranschaulicht, kann auf der Linsenanordnung 17 bzw. auf jedem Linsenkörper 18 spaltfrei unmittelbar auf die Lichtabstrahlfläche 23 eine Platte 40 angeordnet sein, wobei die Platte 40 für das abgestrahlte Licht der Leuchtmittel 11 transparent ist. Mit dieser Platte 40 kann die Halteeinrichtung 35 verbunden sein. Wie in 2 schematisch angedeutet, kann eine solche quaderförmige Platte 40 auch integraler Bestandteil des Linsenkörpers 18 sein. Die Abmessung der Platte 40 in Längsrichtung L entspricht dabei dem Abstand zwischen den beiden Flachseiten 19 des Linsenkörpers 18.
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Wenn die Linsenkörper 18 zur Linsenanordnung 17 in Längsrichtung L aneinander angeordnet sind, bilden die Lichtabstrahlflächen 23 eine durchgängige gemeinsame Fläche, zwischen denen insbesondere weder ein Spalt, noch ein Absatz ausgebildet ist.
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Anhand der 4 und 5 wird eine Anordnung des Leuchtmittels 11 bezüglich eines Linsenkörpers 18 erläutert, wie sie einer Ausführung der Lichtabstrahleinrichtung 10 entspricht.
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Die parabelförmig gekrümmten Reflexionsflächen haben jeweils einen Brennpunkt P1, P2. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden die beiden Brennpunkte P1, P2 einen gemeinsamen Punkt (4). Es ist in Abwandlung hierzu aber auch möglich, dass die beiden Brennpunkte P1, P2 in Querrichtung Q einen Abstand voneinander haben. Die in 4 dargestellten Brennpunkte P1, P2 sind die Brennpunkte, die sich in der Quermittelebene MQ befinden. Es ist auch möglich, dass abhängig von der Gestalt der Flächenabschnitte 24a, 24b in anderen Schnittebenen quer zur Längsrichtung L andere Brennpunktlagen als in der Quermittelebene MQ gegeben sind. Jedenfalls sind die beiden Brennpunkte P1, P2 der beiden Reflexionsflächen 24 in jeder Schnittebene quer zur Längsrichtung L symmetrisch zur Längsmittelebene ML bzw. symmetrisch zur optischen Achse A eines symmetrisch zur Längsmittelebene ML angeordneten Leuchtmittels 11 angeordnet.
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Das Leuchtmittel 11 ist außerhalb der Brennpunkte P1, P2 angeordnet. Das Leuchtmittel 11 hat in Höhenrichtung H einen Abstand zu den Brennpunkten P1, P2. Vorzugsweise befindet sich das Leuchtmittel 11 unterhalb der Brennpunkte P1, P2, das heißt, dass das Leuchtmittel 11 in Höhenrichtung H einen größeren Abstand zur Lichtabstrahlfläche 23 aufweist als die Brennpunkte P1, P2.
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Durch die besondere Anordnung des Leuchtmittels außerhalb der Brennpunkte P1, P2 ergibt sich insbesondere bei der Verwendung von Leuchtmitteln mit einem Diodenchip 12 und einem Konversionsmedium 13 eine besonders gute Lichtdurchmischung. Das von dem Leuchtmittel 11 abgestrahlte Licht erzeugt entweder reflektierte Lichtstrahlen SR, die an einer der beiden Reflexionsflächen 24 reflektiert werden oder gebrochene Lichtstrahlen SG, die ohne an den Reflexionsflächen 24 reflektiert zu werden den Linsenkörper 18 durchsetzen und im Übergang aus der Aussparung 30 in den Linsenkörper 18 bzw. aus dem Linsenkörper 18 zur Umgebung hin gebrochen werden. Am Leuchtmittel 11 unterscheiden sich die Abstrahlcharakteristik des Lichts erster Wellenlänge vom Diodenchip 12 und die des Lichts zweiter Wellenlänge, das durch das Konversionsmedium 13 erzeugt wurde. Deswegen erzeugen die gebrochenen Lichtstrahlen SG auf einer beleuchteten Fläche üblicherweise ein Abbild des Diodenchips mit der Farbe der vom Diodenchip abgestrahlten ersten Lichtwellenlänge, beispielsweise blauem Licht. Demgegenüber erzeugen die reflektierten Strahlen SR auf der beleuchteten Fläche ein Abbild des Leuchtmittels, bei dem sich Licht der ersten Wellenlänge des Diodenchips 12 und durch das Konversionsmedium 13 in seiner Lichtwellenlänge verschobenes Licht durchmischen, beispielsweise blaues und gelbes Licht. Dadurch, dass das Leuchtmittel 11 aus dem Brennpunkt der Reflexionsflächen 24 verschoben ist, treten an der Lichtabstrahlfläche 23 nur wenige Lichtstrahlen rechtwinklig zur Lichtabstrahlfläche 23 aus. Es ist eine deutliche Verbesserung der Lichtdurchmischung der Lichtstrahlen mit der ersten Wellenlänge des Diodenchips 12 und der vom Konversionsmedium 13 erzeugten zweiten Lichtwellenlänge erreicht. Auf einer beleuchteten Fläche entsteht ein gleichmäßiger Farbeindruck.
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Die beschriebene Form des Linsenkörpers 18 kann bei der Ausgestaltung der Erfindung Verwendung finden. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Die Erfindung betrifft eine Lichtabstrahleinrichtung 10. Bei einer erfindungsgemäßen Lichtabstrahleinrichtung 10 sind wenigstens ein Leuchtmittel 11 und wenigstens ein Linsenkörper 28 mit einer Lichtabstrahlfläche 23 und zwei sich auf gegenüberliegenden Seiten an die Lichtabstrahlfläche 23 anschließende Reflexionsflächen 24 vorhanden. Die Reflexionsflächen 24 weisen in zumindest einer Schnittebene MQ quer durch die Lichtabstrahlfläche 23 eine parabelförmige Krümmung K auf. Jede näherungsweise parabelförmige Krümmung K definiert einen Brennpunkt P1, P2. Der Abstand der Brennpunkte P1, P2 in Richtung der optischen Achse des Leuchtmittels von der Lichtabstrahlfläche 23 ist verschieden vom Abstand des Leuchtmittels 11 zu der Lichtabstrahlfläche 23. Bei einer Ausführung der Lichtabstrahleinrichtung 10 sind in einer Längsrichtung L eine erste Anzahl n von Leuchtmitteln 11 vorzugsweise regelmäßig in einer Reihe angeordnet. Eine zweite Anzahl m von Linsenkörpern 18 ist in Längsrichtung L nebeneinander angeordnet. Zwischen der ersten Anzahl n der Leuchtmittel 11 und der zweiten Anzahl m der Linsenkörper 18 existiert beispielsgemäß kein ganzzahliger Faktor. Das Anordnungsraster der Linsenkörper 18 und das regelmäßige oder unregelmäßige Anordnungsraster der Leuchtmittel 11 lassen sich nicht durch eine Streckung mit einem ganzzahligen Faktor ineinander überführen.
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Die beschriebenen Ausführungen der Lichtabstrahlrichtung 10 sind gemeinsam oder unabhängig voneinander realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lichtabstrahleinrichtung
- 11
- Leuchtmittel
- 11a
- erstes Leuchtmittel
- 11b
- zweites Leuchtmittel
- 11c
- drittes Leuchtmittel
- 12
- Diodenchip
- 13
- Konversionsmedium
- 17
- Linsenanordnung
- 18
- Linsenkörper
- 19
- Flachseite
- 23
- Lichtabstrahlfläche
- 24
- Reflexionsfläche
- 25
- Stoßkante
- 26
- Seitenkante
- 30
- Aussparung
- 31
- erste Aussparungsfläche
- 32
- zweite Aussparungsfläche
- 33
- dritte Aussparungsfläche
- 34
- Träger
- 35
- Halteeinrichtung
- 36
- Halteelement
- 37
- Haltemittel
- 40
- Platte
- α
- Neigungswinkel
- A
- optische Achse
- B
- Linsenbreite
- E
- Bezugsebene
- H
- Höhenrichtung
- K
- Krümmung
- L
- Längsrichtung
- MQ
- Quermittelebene
- ML
- Längsmittelebene
- m
- zweite Anzahl
- n
- erste Anzahl
- Q
- Querrichtung
- SG
- gebrochener Lichtstrahl
- SR
- reflektierter Lichtstrahl
- x
- Leuchtmittelabstand
- y
- Linsenabstand
