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Die Erfindung betrifft eine Leuchte gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Gattungsgemäße Leuchten weisen ein Leuchtmittel sowie ein optisches Element auf, das in einer vorbestimmten Position relativ zum Leuchtmittel angeordnet ist und durch das die Abstrahlcharakteristik der Leuchte festgelegt ist. Das optische Element ist dabei gezielt im Hinblick auf die gewünschte, zu erreichende Abstrahlcharakteristik ausgebildet. Beispielsweise besteht häufig der Wunsch, durch das optische Element eine gute Farbdurchmischung der von dem Leuchtmittel emittierten Lichtfarben zu gewährleisten. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz von LEDs als Leuchtmittel häufig der Fall. Die Erfindung bezieht sich im Besonderen auf Leuchten, bei den LEDs als Leuchtmittel zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist ebenfalls häufig eine gerichtete Abstrahlcharakteristik gewünscht, d. h. die Bereitstellung einer Leuchte, die einen wesentlichen Anteil ihrer Lichtintensität in einen vorbestimmten, oftmals relativ klein gewählten Raumwinkel abstrahlt.
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Im Stand der Technik ist eine Vielzahl an Leuchten bekannt, deren Abstrahlcharakteristik durch gezielte Ausgestaltung des optischen Elements vorgegeben ist. Beispielsweise ist aus US 2013/0258659 A1 eine Leuchte mit einem Optikelement bekannt, innerhalb dessen das Licht zumindest teilweise eine interne Totalreflektion erfährt. Beispielsweise ist aus
DE 10 2014 113 735 A1 eine Leuchte mit einem Optikelement bekannt, das verschiedene Lichtleitdurchgänge aufweist, die durch einen Hohlraum voneinander getrennt sind und innerhalb derer das Licht bei einem Durchgang durch das optische Element verläuft. Beispielsweise ist aus
WO 2009/068471 A1 eine Leuchte mit einem Reflektor bekannt, innerhalb dessen eine Lichtquelle angeordnet ist und dessen Kontur zur gezielten Lichtlenkung ausgebildet ist. Beispielsweise sind gattungsgemäße Leuchten bekannt, bei denen das optische Element aus einem diffus streuenden, transluzenten Kunststoff hergestellt ist, wodurch eine sehr gute Farbdurchmischung innerhalb des optischen Elements gewährleistet wird und eine ungerichtete Beleuchtung eines Raums ermöglicht wird. Ferner sind beispielsweise Leuchten bekannt, deren optisches Element aus transparentem Kunststoff hergestellt ist, der einen höheren Brechungsindex als Umgebungsluft aufweist, wobei die Außenseiten des optischen Elements prismenförmig ausgestaltet sind. Durch Brechung des Lichts beim Ein- und Auskoppeln von Licht in das optische Element bzw. aus dem optischen Element sowie durch Teilreflexionen innerhalb des optischen Elements kann sowohl ein vorgegebener Abstrahlwinkel eingestellt werden, in den die Leuchte einen wesentlichen Anteil des von ihr ausgesandten Lichts abstrahlt, als auch eine gute Lichtdurchmischung innerhalb des optischen Elements bereitgestellt werden. Die Optimierung der entsprechenden Charakteristiken des optischen Elements zum möglichst präzisen Einstellen einer gewünschten Abstrahlcharakteristik der Leuchte erfolgt bei gattungsgemäßen Leuchten üblicherweise durch eine komplexe, unregelmäßige Ausgestaltung von Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite des optischen Elements, wobei die Unregelmäßigkeiten der Lichteintrittsseite und die der Lichtaustrittsseite gezielt aufeinander abgestimmt sind.
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Allerdings lässt sich bei solchen gattungsgemäßen Leuchten selbst bei entsprechender Optimierung der Unregelmäßigkeiten an Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite nur unzureichend Einfluss auf die Abstrahlcharakteristik der Leuchte nehmen. Denn da die Größe des optischen Elements aus Kosten- und Designgründen beschränkt sein muss, lässt sich über die Gestaltung von Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite nur im beschränkten Maße Einfluss auf den Lichtweg innerhalb des optischen Elements nehmen. Eine vergrößerte Einflussnahme würde mit einer Vergrößerung der Unregelmäßigkeiten und einer größeren Ausgestaltung des optischen Elements insgesamt einhergehen, was dem optischen Gesamteindruck der Leuchte schadet und kostenintensiv ist. Darüber hinaus können bei gattungsgemäßen Leuchten die optischen Elemente nur dann als Außenelemente der Leuchte eingesetzt werden, d. h. als Elemente, die eine Außenseite der Leuchte zumindest abschnittsweise begrenzen, wenn damit einhergehende Nachteile in Kauf genommen werden. Denn die Unregelmäßigkeiten an der Lichtaustrittsseite bedingen, dass die Lichtaustrittseite nicht als glatte Oberfläche ausgebildet werden kann, so dass sich leicht Verunreinigungen an der Lichtaustrittsseite ablagern können, die nur schwer durch Reinigung entfernt werden können, so dass sich die Lichtausbeute verschlechtert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte bereitzustellen, die zumindest eines der beschriebenen Probleme gattungsgemäßer Leuchten zumindest teilweise behebt.
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Als eine Lösung der genannten objektiven technischen Aufgabe schlägt die Erfindung eine Leuchte mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Die erfindungsgemäße Leuchte umfasst ein Leuchtmittel, insbesondere ein aus zumindest einer LED gebildetes Leuchtmittel, sowie ein optisches Element. Die Leuchte erstreckt sich in einer Längsrichtung länglich. Die Erfindung bezieht sich im Besonderen auf Leuchten, deren Erstreckung in der Längsrichtung wesentlich größer ist als ihre Erstreckungen in den auf der Längsrichtung senkrecht stehenden Richtungen, insbesondere mindestens das Dreifache, insbesondere mindestens das Fünffache dieser Erstreckungen beträgt. Das optische Element weist eine Lichteintrittsseite mit einer Lichteintrittsfläche auf. Das optische Element ist in der Leuchte relativ zu dem Leuchtmittel fest fixiert. Dabei ist die Lichteintrittsseite dem Leuchtmittel zugewandt, und Licht, das von dem Leuchtmittel emittiert wird, ist über die Lichteintrittsseite in das optische Element einkoppelbar. Dabei ist das optische Element so ausgebildet und relativ zu dem Leuchtmittel angeordnet, dass das Licht, das von dem Leuchtmittel emittiert wurde und über die Lichteintrittsseite in das optische Element eingekoppelt wurde, innerhalb des optischen Elements bis zu einer Lichtaustrittsseite des optischen Elements propagiert und an der Lichtaustrittsseite aus dem optischen Element austritt. Dabei ist die Lichteintrittsseite in einer auf der Längsrichtung senkrecht stehenden Transversalrichtung von der Lichtaustrittsseite beabstandet. Bei der erfindungsgemäßen Leuchte verläuft somit ein wesentlicher Anteil des von dem Leuchtmittel emittierten Lichts zuerst durch das optische Element, bevor es aus der Leuchte austritt. Entsprechend ist über das optische Element die Abstrahlcharakteristik der erfindungsgemäßen Leuchte festlegbar. Dabei wird aufgrund der Ausgestaltung des optischen Elements und aufgrund der relativen Anordnung von Leuchtmittel und optischen Element zueinander über die Lichteintrittsfläche insbesondere mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 % des von dem Leuchtmittel emittierten Lichts in das optische Element eingekoppelt.
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Erfindungsgemäß liegt die Lichteintrittsfläche in einer Querrichtung, die senkrecht auf der Längsrichtung und senkrecht auf der Transversalrichtung steht, zwischen zwei Grenzflächen des optischen Elements. Mit Bezug auf einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung liegt die Lichteintrittsfläche somit in der Querrichtung zwischen den beiden Grenzflächen. Die beiden Grenzflächen verlaufen über einen Transversalabschnitt hinweg zwischen der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite und weisen jeweils eine Krümmung um eine Rotationsachse auf, die parallel zur Längsrichtung verläuft. In einer Ausführungsform verlaufen die Grenzflächen unmittelbar von der Lichteintrittsfläche ausgehend in Richtung zur Lichtaustrittsseite. In einer Ausführungsform beträgt die Erstreckungslänge des Transversalabschnitts in der Transversalrichtung zumindest 30 %, insbesondere zwischen 30 % und 90 %, insbesondere zwischen 50 % und 80 % des maximalen Abstands zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite, der insbesondere der Erstreckungslänge des optischen Elements in der Transversalrichtung entspricht. Die Grenzflächen sind in einer Ausführungsform über einen wesentlichen Bereich des Transversalabschnitts hinweg gekrümmt ausgebildet, beispielsweise jeweils über mindestens 50 % der transversalen Erstreckung des Transversalabschnitts hinweg. Dabei bezieht sich die Krümmung jeweils auf eine Krümmung um eine Rotationsachse, die parallel zur Längsrichtung verläuft. Allerdings können selbstverständlich in einer Ausführungsform verschiedene Abschnitte der Grenzflächen um ihnen jeweils zugeordnete, verschiedene Rotationsachsen gekrümmt sein, die jeweils parallel zur Längsrichtung verlaufen, aber voneinander beabstandet sind. In einer Ausführungsform weisen die Grenzflächen jeweils ausschließlich eine Krümmung um zumindest eine Rotationsachse auf, wobei sämtliche Rotationsachsen, um die die Krümmung erfolgt, parallel zur Längsrichtung verlaufen, wohingegen in einer anderen Ausführungsform auch weitere Krümmungen um andere Rotationsachsen vorgesehen sind, die zur Längsrichtung abgewinkelt sind. Erfindungsgemäß ist das optische Element so ausgebildet und relativ zu dem Leuchtmittel angeordnet, dass ein Anteil des eingekoppelten Lichts auf die Grenzflächen trifft, wobei mindestens 90 % dieses Anteils an den Grenzflächen totalreflektiert wird und somit nicht aus dem optischen Element austritt. In einer Ausführungsform beträgt der Anteil des eingekoppelten Lichts, der auf die Grenzflächen trifft, mindestens 20 %, insbesondere mindestens 50 %, insbesondere mindestens 70 % des Lichts, wobei auf den Anteil bezogen auf die Lichtintensität abgestellt wird.
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Die erfindungsgemäße Leuchte bringt somit wesentliche Vorteile im Vergleich zu gattungsgemäßen Leuchten mit sich.
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Durch die gekrümmte Ausgestaltung der Grenzflächen, die zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite verlaufen, in Kombination mit dem Umstand, dass ein bedeutender Anteil des eingekoppelten Lichts auf diese gekrümmten Grenzflächen auftrifft und daran totalreflektiert wird, ist in dem optischen Element eine starke Lichtdurchmischung ermöglicht, ohne dass hierzu Unregelmäßigkeiten an der Lichteintrittsseite und/oder Lichtaustrittsseite erforderlich sind. Aufgrund der zumindest vorwiegend vorherrschenden Totalreflektionen an den Grenzflächen ist darüber hinaus mit sehr einfachen Mitteln eine Abstrahlcharakteristik der Leuchte realisierbar, bei der ein erheblicher Anteil des von der Leuchte emittierten Lichts in einen vorgegebenen Raumwinkel abgestrahlt wird.
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In einer Ausführungsform ist zumindest einer der Grenzflächen über den Transversalabschnitt hinweg durchgehend als gekrümmte Fläche ausgebildet, die durchgehend einen Winkel zwischen 1° und 60°, insbesondere zwischen 10° und 45°, zu der Transversalrichtung bildet. Dabei bezieht die Krümmung der gekrümmten Fläche stets auf eine Krümmung um eine Achse, die parallel zur Längsrichtung verläuft. Der Querschnitt der Grenzfläche senkrecht zur Längsrichtung ist somit so ausgebildet, dass innerhalb des gesamten Transversalabschnitts an jeder Stelle des Verlaufs der Grenzfläche eine Tangente anlegbar ist, die die Veränderung des Verlaufs in der Querrichtung in Abhängigkeit von der Transversalrichtung wiedergibt, wobei diese Tangente einen Winkel zwischen 1° und 60°, insbesondere zwischen 10° und 40° zu der Transversalrichtung bildet. Besonders bevorzugt können beide Grenzflächen entsprechend ausgebildet sein. Die Erfinder haben erkannt, dass bei der beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform aufgrund der in dem Transversalabschnitt durchgehend vorhandenen deutlichen Krümmung besonders effektiv Einfluss auf die Propagation des eingekoppelten Lichts innerhalb des optischen Elements über die Ausgestaltung der Grenzflächen genommen werden kann, wodurch die Abstrahlcharakteristik der Leuchte besonders vorteilhaft eingestellt werden kann.
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In einer Ausführungsform ist zumindest eine der Grenzflächen mit einer Krümmungsrichtung gekrümmt, die über den Transversalabschnitt hinweg konstant ist, wobei die Grenzfläche als glatte Fläche ausgebildet ist. Die Grenzfläche ist somit über den Transversalabschnitt hinweg in derselben Krümmungsrichtung gekrümmt. Der Betrag der Krümmung und die Lage der Rotationsachse, um die die Krümmung erfolgt, kann jedoch selbstverständlich über den Transversalabschnitt hinweg variieren. Dabei ist die Grenzfläche als glatte Fläche ausgebildet, d. h. die Grenzfläche weist keine Kanten auf. Anders ausgedrückt ist bezogen auf den Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Verlauf der Grenzfläche in der Querrichtung in Abhängigkeit von der Transversalrichtung als stetig differenzierbare Funktion ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen beide Grenzflächen die beschriebenen Eigenschaften auf. Die Erfinder haben erkannt, dass dadurch besonders bevorzugt eine Richtung des von der Leuchte abgestrahlten Lichts eingestellt werden kann. In einer Ausführungsform, in der beide Grenzflächen die genannten bevorzugten Eigenschaften aufweisen, ist die Krümmungsrichtung einer ersten der beiden Grenzflächen entgegengesetzt zu der Krümmungsrichtung einer zweiten der beiden Grenzflächen. Hierdurch kann die Propagation des Lichts innerhalb des optischen Elements besonders bevorzugt eingeschnürt werden und besonders bevorzugt Einfluss auf die Lichtdurchmischung und die Richtung des von der Leuchte abgestrahlten Lichts genommen werden.
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In einer Ausführungsform bildet zumindest eine der Grenzflächen in einem ersten Teilabschnitt des Transversalabschnitts einen kleineren Winkel zur Transversalrichtung als in einem zweiten Teilabschnitt des Transversalabschnitts, wobei der erste Teilabschnitt in -der Transversalrichtung näher an der Lichtaustrittsseite liegt als der zweite Teilabschnitt. Besonders bevorzugt können beide Grenzflächen diese Eigenschaft aufweisen. Bei dem Winkel, den die Grenzfläche mit der Transversalrichtung bildet, wird dabei wie oben erläutert Bezug genommen auf den Winkel, den die dem Verlauf zugeordnete Tangente mit der Transversalrichtung bildet. Als „Winkel in dem ersten Teilabschnitt“ ist dabei der Mittelwert des erläuterten Winkels über den ersten Teilabschnitt bezeichnet, und entsprechend ist mit „Winkel in dem zweiten Teilabschnitt“ der Mittelwert des entsprechenden Winkels über den zweiten Teilabschnitt bezeichnet. Besonders bevorzugt bildet der erste Teilabschnitt das erste Drittel des Transversalabschnitts ausgehend von der Lichtaustrittsseite und der zweite Teilabschnitt das erste Drittel des Transversalabschnitts ausgehend von der Lichteintrittsseite. Die Erfinder haben erkannt, dass es besonders bevorzugt ist, in der Nähe der Lichteintrittsseite eine erhebliche Abwinkelung der Grenzflächen, an denen erfindungsgemäß ein erheblicher Anteil des Lichts totalreflektiert wird, vorzusehen, damit eine gewünschte Lichtlenkung und Lichtdurchmischung in dem optischen Element realisiert werden kann.
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In einer Ausführungsform bildet eine erste der Grenzflächen gemittelt über den Transversalabschnitt einen größeren Winkel zu der Transversalrichtung als eine zweite der Grenzflächen. Dieser gemittelte Winkel der ersten Grenzfläche kann insbesondere um mindestens 10° größer sein als der gemittelte Winkel der zweiten Grenzfläche. Insbesondere kann dieser gemittelte Winkel der ersten Grenzfläche mindestens 125 % des gemittelten Winkels der zweiten Grenzfläche betragen. Wie erläutert wird bei der Definition des Winkels auf den Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung abgestellt, wobei der Winkel durch die Tangente an dem Verlauf der Grenzfläche und die Transversalrichtung gebildet ist. Durch das Vorsehen eines größeren gemittelten Winkels bei der ersten Grenzfläche als bei der zweiten Grenzfläche kann besonders vorteilhaft eine solche Abstrahlcharakteristik der Leuchte realisiert sein, dass ein wesentlicher Anteil des von der Leuchte abgestrahlten Lichts in einen Raumwinkel emittiert wird, dessen Mittelachse einen Winkel zur Transversalrichtung bildet. Dadurch können Leuchten für verschiedene Anwendungsgebiete auf besonders einfache Art und Weise realisierbar sein, insbesondere ohne dass hierzu Unregelmäßigkeiten an der Lichtaustrittsseite vorgesehen sein müssen.
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In einer Ausführungsform weist die Lichteintrittsfläche einen ebenen Flächenabschnitt auf, der einen Winkel zwischen 5° und 60° zur Querrichtung bildet, wobei insbesondere der ebene Flächenabschnitt jeweils über einen das optische Element begrenzenden Flankenabschnitt mit jeweils einer der Grenzflächen verbunden ist, wobei jeder Flankenabschnitt eine Krümmung um eine sich parallel zur Längsrichtung erstreckende Achse aufweist. Durch das Vorsehen eines ebenen Flächenabschnitts bei der Lichteintrittsfläche kann ein verlustfreies und zielgerichtetes Einkoppeln von Licht, das von dem Leuchtmittel emittiert wurde, in das optische Element erfolgen. Durch die Abwinkelung des ebenen Flächenabschnitts zur Querrichtung kann dabei bereits aufgrund von Brechung des Lichts beim Eintritt in das optische Element Einfluss auf die Richtung genommen werden, in die die Leuchte vornehmlich Licht abstrahlt. Durch das Vorsehen eines ebenen, zur Querrichtung abgewinkelten Flächenabschnitts ist bei dem optischen Element somit ein weiteres Mittel zur effektiven Lichtlenkung bereitgestellt, durch das, insbesondere in Kombination mit gekrümmten Grenzflächen, die Abstrahlcharakteristik der Leuchte besonders bevorzugt und umfassend einstellbar sein kann. Das Vorsehen von gekrümmten Flankenabschnitten kann besonders bevorzugt dazu beitragen, dass ein möglichst großer Anteil des von dem Leuchtmittel emittierten Lichts in das optische Element eingekoppelt wird und mit einem vorbestimmten Winkel innerhalb des optischen Elements propagiert. Besonders bevorzugt weist der ebene Flächenabschnitt ein erstes Querende auf, das mit der ersten Grenzfläche verbunden ist, sowie ein zweites Querende, das mit der zweiten Grenzfläche verbunden ist, wobei das erste Querende in der Transversalrichtung weiter von der Lichtaustrittsseite beabstandet als das zweite Querende, wobei die erste Grenzfläche gemittelt über den Transversalabschnitt einen größeren Winkel zu der Transversalrichtung aufweist als die zweite Grenzfläche. Durch die Kombination der entsprechenden Schrägstellung des ebenen Flächenabschnitts mit den unterschiedlichen Winkeln der beiden Grenzflächen kann auf besonders einfache Weise sichergestellt werden, dass ein sehr großer Anteil des von der Leuchte emittierten Lichts in einen vorbestimmten Raumwinkel mit einer vorbestimmten Mittelachse Licht emittiert wird, wobei insbesondere auf unregelmäßige Ausgestaltungen der Lichtaustrittsseite verzichtet werden kann.
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In einer Ausführungsform ist die Lichtaustrittsseite eben ausgebildet, wobei die Lichtaustrittsseite einen Abschnitt einer Außenseite der Leuchte bildet. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist somit kein Abschlusselement zwischen der Lichtaustrittsseite und der Außenseite der Leuchte vorgesehen. Durch die ebene Ausbildung der Lichtaustrittsseite kann die Leuchte sowohl optisch ansprechend als auch leicht zu reinigend ausgebildet sein, wobei gleichzeitig die Leuchte besonders kostengünstig herstellbar ist, da auf zusätzliche Abschlusselemente verzichtet werden kann.
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In einer Ausführungsform weist das optische Element über seine Erstreckung in der Längsrichtung hinweg einen konstanten Querschnitt auf. Beispielsweise kann das optische Element durch ein Extrusionsverfahren, insbesondere aus PMMA, hergestellt sein. In einer Ausführungsform weist das optische Element über zumindest 80 % seiner Erstreckung in der Längsrichtung hinweg einen konstanten Querschnitt auf. Die in den verschiedenen oben erläuterten bevorzugten Ausführungsformen realisierten Eigenschaften mit Bezug auf den Verlauf der Grenzflächen und den Verlauf der Lichteintrittsfläche können beispielsweise über die gesamte Erstreckung des optischen Elements in der Längsrichtung hinweg realisiert sein, beispielsweise über zumindest 80 % der Erstreckung des optischen Elements in der Längsrichtung hinweg. Durch das Vorsehen eines konstanten Querschnitts des optischen Elements kann eine besonders vorteilhafte sich in der Längsrichtung länglich erstreckende Leuchte herstellbar sein, die dann über ihre gesamte Erstreckung in der Längsrichtung hinweg eine konstante Abstrahlcharakteristik aufweisen kann. Dies kann beispielsweise für Leuchten in Hallen, wie beispielsweise Montagehallen, besonders vorteilhaft sein. Allgemein kann das optische Element eine Erstreckung in der Längsrichtung aufweisen, die mindestens das Fünffache, insbesondere mindestens das Zehnfache der Erstreckung des optischen Elements in der Querrichtung und der Erstreckung des optischen Elements in der Transversalrichtung beträgt.
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Erfindungsgemäß weist das optische Element zumindest zwei unmittelbar aneinander angrenzende Volumeneinheiten auf und ist als einstückig hergestelltes Element ausgebildet, wobei eine erste der Volumeneinheiten durch ein erstes Material mit einem ersten Brechungsindex gebildet ist, und wobei eine zweite der Volumeneinheiten durch ein zweites Material mit einem zweiten Brechungsindex gebildet ist, der sich von dem ersten Brechungsindex unterscheidet. Die Volumeneinheiten sind jeweils als volumetrisch quantifizierbare, abgeschlossene räumliche Einheiten ausgebildet. In einer Ausführungsform weist das optische Element mehr als zwei Volumeneinheiten auf, in denen jeweils unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex angeordnet sind. In einer Ausführungsform weist das optische Element mehrere Volumeneinheiten auf, die jeweils durch dasselbe Material gebildet sind, wobei diese Volumeneinheiten eingebettet sind in zumindest eine Volumeneinheit, die aus einem anderen Material mit einem anderen Brechungsindex gebildet ist, so dass die Volumeneinheiten, die aus demselben Material gebildet sind, räumlich voneinander durch eine andere Volumeneinheit aus einem anderen Material beabstandet sind. Durch das Vorsehen von Volumeneinheiten mit Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes kann noch vielfältiger Einfluss auf die Propagation von Licht in dem optischen Element genommen werden. Beispielsweise kann durch die Form der Volumeneinheiten und die Differenz der Brechungsindizes der aneinandergrenzenden Materialien die Richtung vorbestimmt werden, in die Licht durch Brechung bei dem Übergang von dem einen Material in das andere Material gelenkt wird. Beispielsweise kann auch als ein Material ein transluzentes Material und als ein anderes Material ein transparentes Material verwendet werden, so dass in dem transluzenten Material aufgrund von diffuser Streuung eine Lichtdurchmischung erfolgen kann, während durch das Vorsehen von transparentem Material eine gezielte Lichtlenkung zum Richten des von der Leuchte abgestrahlten Lichts erfolgen kann. Beispielsweise können die Volumeneinheiten einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung nach Art eines Dreiecks, Quadrats, regelmäßigen oder beliebigen Vielecks, nach Art einer Ellipse, insbesondere nach Art eines Kreises, aufweisen. Beispielsweise können die Volumeneinheiten über ihre Längserstreckung hinweg einen konstanten Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung aufweisen. In einer Ausführungsform ist das erste Material ein transparentes Material und das zweite Material ein transluzentes und somit diffus streuendes Material. In einer Ausführungsform ist eines der beiden Materialien ein Gas, beispielsweise Umgebungsluft. In weiteren Ausführungsformen können die genannten beiden Ausführungsformen miteinander kombiniert sein, beispielsweise kann eine erste Volumeneinheit durch ein transparentes Material gebildet sein, in das zweite Volumeneinheiten eingebettet sind, die aus transluzentem Material gebildet sind, und in das dritte Volumeneinheiten eingebettet sind, die aus Raumluft gebildet sind. Erfindungsgemäß sind die verschiedenen Volumeneinheiten so zueinander angeordnet, dass zumindest 50 %, insbesondere zumindest 70 %, insbesondere zumindest 90 % des eingekoppelten Lichts durch zumindest zwei unterschiedliche Volumeneinheiten aus jeweils unterschiedlichem Material propagiert und dabei durch die Angrenzfläche zwischen den unterschiedlichen Volumeneinheiten, über die die Volumeneinheiten unmittelbar aneinanderliegen, propagiert. Allgemein ist bevorzugt, dass eine in der Transversalrichtung verlaufende, gedachte Gerade durch mindestens zwei unterschiedliche Volumeneinheiten aus unterschiedlichem Material verläuft, wobei diese beiden Volumeneinheiten mittelbar aneinander anliegen und als einstückiges Element hergestellt sind. Allgemein kann das optische Element beispielsweise durch Koextrusionsverfahren unter Einsatz verschiedener Materialien hergestellt sein, wobei beispielsweise Volumeneinheiten, die durch Umgebungsluft gebildet sind, durch das Vorsehen von Hohlkammern in dem optischen Element realisiert werden können.
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In einer Ausführungsform ist das erste Material ein transparentes Material und das zweite Material ein transluzentes und somit diffus streuendes Material, wobei die erste Volumeneinheit die Lichtaustrittsseite bildet und die zweite Volumeneinheit zumindest abschnittsweise umschließt. Hierdurch kann eine besonders einfache Realisierung des optischen Elements ermöglicht sein, wobei gleichzeitig durch das Vorsehen des transluzenten Materials eine besonders gute Lichtdurchmischung in dem optischen Element realisierbar sein kann und durch das Vorsehen von transparentem Material an der Lichtaustrittsseite eine besonders glatte Ausgestaltung der Lichtaustrittsseite realisiert sein kann, wodurch die Leuchte besonders leicht zu reinigen sein kann. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die genannte Ausführungsform so weiterentwickelt sein, dass in den beiden genannten Volumeneinheiten weitere Volumeneinheiten eingebettet sind, beispielsweise Hohlkammern, in denen Luft angeordnet ist, oder Volumeneinheiten, die durch andere Materialien gebildet sind.
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In einer Ausführungsform umfasst das optische Element ein Lichtlenkelement sowie ein Scheibenelement, das sich in der Querrichtung zumindest an einer Seite, insbesondere an beiden Seiten neben dem Lichtlenkelement erstreckt. Insbesondere umfasst das Scheibenelement zwei Teilscheibenelemente, wobei das Lichtlenkelement in der Querrichtung zwischen den zwei Scheibenelementen angeordnet ist. Das Lichtlenkelement kann die Lichteintrittsfläche und die Grenzflächen umfassen, so dass das Scheibenelement weder die Lichteintrittsfläche noch die Grenzflächen umfasst. Das Scheibenelement kann beispielsweise optisch beliebig gestaltet sein, beispielsweise eingefärbt sein. Die entsprechende Ausgestaltung des optischen Elements ermöglicht das großflächige Abdecken der dem Betrachter zugewandten Lichtaustrittsseite der Leuchte, während durch das optische Element die gewünschte Abstrahlcharakteristik der Leuchte bereitgestellt ist. Besonders bevorzugt sind das Scheibenelement und das Lichtlenkelement als ein einstückiges Element hergestellt, beispielsweise über Koextrusionsverfahren. Besonders bevorzugt ist das optische Element an einem Leuchtengehäuse der Leuchte über das Scheibenelement befestigt. Dabei kann insbesondere auf herkömmliche Befestigungstechniken, wie beispielsweise das Anbringen von Rasteinheiten an Abdeckscheiben, die entsprechend an dem Scheibenelement vorgesehen werden können, zurückgegriffen werden.
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In einer Ausführungsform weist das optische Element einen sich an den Transversalabschnitt in der Transversalrichtung anschließenden Basisabschnitt auf, der die Lichtaustrittsseite ausbildet. Der Basisabschnitt umfasst zwei Teilabschnitte, die sich jeweils von einer ihr zugeordneten Grenzfläche ausgehend in der Querrichtung erstrecken. Über die Teilbasisabschnitte kann das optische Element besonders bevorzugt an weitere Elemente, wie beispielsweise seitliche Scheibenelemente, angekoppelt sein. Darüber hinaus kann über den Basisabschnitt eine breitflächige Lichtabstrahlung realisiert sein, nachdem das Licht in dem Transversalabschnitt entsprechend den gewünschten Vorgaben gerichtet und gemischt worden ist. Besonders bevorzugt erstreckt sich jeder Teilabschnitt mit seinem gemittelten Verlauf von der ihm zugeordneten Grenzfläche weg parallel zur Querrichtung. Hierdurch können asymmetrische optische Effekte besonders wirksam vermieden sein. Besonders bevorzugt ist jeder Teilbasisabschnitt an seinem in der Transversalrichtung zur Lichteintrittsseite gewandten Transversalende durch eine Oberfläche begrenzt, deren Verlauf Zacken ausbildet, deren Spitzen in der Transversalrichtung zur Lichteintrittsseite weisen. Durch das Vorsehen der Zacken an der zur Lichteintrittsseite weisenden Oberfläche der Teilbasisabschnitte kann zum einen die Realisierung einer glatten Lichtaustrittsseite des optischen Elements weiterhin ermöglicht sein, während gleichzeitig bei dem Vorsehen eines transparenten Basisabschnitts ein Blick des Betrachters in die Leuchte weitestgehend verhindert sein kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf sechs Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: in einer Prinzipdarstellung eine Ausführungsform des optischen Elements einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchte;
- 2: in einer Prinzipdarstellung die relative Anordnung von Leuchtmittel und optischen Element in einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchte;
- 3: in einer Prinzipdarstellung eine Ansicht des optischen Elements der Ausführungsform gemäß 2;
- 4: in einer Prinzipdarstellung die relative Anordnung von Leuchtmittel und optischen Element in einer weiteren Ausführungsform einer Leuchte;
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1 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 einer erfindungsgemäßen Leuchte. Das optische Element 1 weist ein Lichtlenkelement 11 sowie ein Scheibenelement auf, das sich in der Querrichtung Y weit über das Lichtlenkelement 11 hinaus und dabei an beiden Seiten in der Querrichtung Y neben dem Lichtlenkelement 11 erstreckt. Das Lichtlenkelement 11 ist bei der Ausführungsform gemäß 1 durch eine erste Volumeneinheit 12 gebildet. Diese erste Volumeneinheit 12 ist in der Querrichtung Y durch eine erste Grenzfläche 14 und eine zweite Grenzfläche 15 begrenzt und bildet die Lichteintrittsfläche an der Lichteintrittsseite des optischen Elements 1 aus. Die erste Volumeneinheit 12 ist aus einem transparenten Kunststoff, vorliegend PMMA, gebildet.
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Die Lichteintrittsfläche des optischen Elements 1 ist durch einen ebenen Flächenabschnitt 16 und Flankenabschnitt 161, 162 gebildet, wobei der ebene Flächenabschnitt 16 an seinen Enden bezogen auf die Querrichtung Y jeweils mit einem Flankenabschnitt 161, 162 mit jeweils einer der Grenzflächen 14, 15 verbunden ist. Die Lichteintrittsfläche liegt dabei bezogen auf die Querrichtung Y zwischen den Grenzflächen 14, 15. Die Grenzflächen 14, 15 erstrecken sich jeweils über einen Transversalabschnitt ausgehend von der Lichteintrittsfläche zur Lichtaustrittsseite des optischen Elements 1 hin und weisen jeweils eine Krümmung um eine Rotationsachse auf, die parallel zur Längsrichtung X verläuft. Beide Grenzflächen 14, 15 weisen über ihre gesamte Erstreckung innerhalb des Transversalabschnitts eine Krümmung um eine Rotationsachse parallel zur Längsrichtung X auf, wobei sich jedoch der Betrag der Krümmung und die Lage der Rotationsachse über die Erstreckung des Transversalabschnitts hinweg verändert. Dabei bilden beide Grenzflächen 14, 15 in einem ersten Teilabschnitt des Transversalabschnitts einen kleineren Winkel zur Transversalrichtung Z als in einem zweiten Teilabschnitt des Transversalabschnitts, wobei der erste Teilabschnitt näher an der Lichtaustrittsseite liegt als der zweite Teilabschnitt. Darüber hinaus sind beide Grenzflächen 14, 15 als glatte, flächig geschlossene Flächen ausgebildet.
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Die erste Grenzfläche 14 bildet gemittelt über den Transversalabschnitt hinweg einen größeren Winkel zu der Transversalrichtung Z als die zweite Grenzfläche 15. Darüber hinaus ist der ebene Flächenabschnitt 16 so relativ zur Querrichtung Y abgewinkelt, dass sein der ersten Grenzfläche 14 zugewandtes Ende in der Querrichtung Y weiter von der Lichtaustrittsseite beabstandet ist als sein der zweiten Grenzfläche 15 zugewandtes Ende in der Querrichtung Y.
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Das optische Element 1 weist ferner eine zweite Volumeneinheit 13 und eine dritte Volumeneinheit 19 auf. Jeweils zwei der Volumeneinheiten 12, 13, 19 liegen unmittelbar aneinander an. Dabei sind die erste Volumeneinheit 12 und die dritte Volumeneinheit 19 durch einen transparenten Kunststoff, vorliegend PMMA gebildet, wohingegen die zweite Volumeneinheit 13 durch einen transluzenten Kunststoff, vorliegend ebenfalls PMMA, gebildet ist. Die zweite Volumeneinheit 13 und die dritte Volumeneinheit 19 bilden dabei einen Basisabschnitt des optischen Elements 1 aus, der sich in der Transversalrichtung Z an den Transversalabschnitt anschließt und die Lichtaustrittsseite ausbildet. Der Basisabschnitt umfasst zwei Teilabschnitte, die sich jeweils ausgehend von einer ihr zugeordneten Grenzfläche in der Querrichtung Y erstrecken. Dabei weist der erste Teilbasisabschnitt an seiner zur Lichteintrittsseite weisenden Oberfläche einen ersten wellenförmigen Verlauf 17 auf, und der zweite Teilbasisabschnitt an seiner der Lichteintrittsseite zugewandten Oberfläche einen zweiten wellenförmigen Verlauf 18. Durch diese gewellten Oberflächenverläufe 17, 18 ist sichergestellt, dass ein Betrachter, der die Leuchte mit dem optischen Element 1 von der Lichtaustrittsseite aus betrachtet, nicht direkt in ein Leuchtmittel blicken kann, das in der Leuchte an der Lichteintrittsseite des optischen Elements 1 angeordnet ist.
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Dem Fachmann ist ersichtlich, dass das optische Element 1 gemäß 1 gleichzeitig eine gezielte Lichtlenkung und eine Durchmischung von Licht ermöglicht. Die Durchmischung von Licht wird durch das Vorsehen eines transluzenten Materials in der zweiten Volumeneinheit 13 sichergestellt. Die Lichtlenkung wird durch das Lichtlenkelement 11 sichergestellt, insbesondere durch die Ausgestaltung der Grenzflächen 14, 15 und die verkippte Anordnung des ebenen Flächenabschnitts 16 relativ zur Querrichtung Y, die auf die unterschiedlichen Winkel, die die beiden Grenzflächen 14, 15 zu der Transversalrichtung Z bilden, abgestimmt ist. Dem Fachmann ist ferner ersichtlich, dass durch das Vorsehen eines transparenten, glatten Materials bei der dritten Volumeneinheit 19 eine glatte Außenseite des optischen Elements 1 in dem Bereich bereitgestellt wird, in dem das Licht vornehmlich aus dem optischen Element 1 austritt, so dass das Sauberhalten dieser Austrittsseite besonders einfach ermöglicht ist, wodurch durch Verschmutzung verursachte Lichtverluste effektiv verhindert werden können. Dem Fachmann ist ferner ersichtlich, dass das optische Element 1 besonders einfach herstellbar und in eine Leuchte einsetzbar ist. Vorliegend ist das optische Element 1 durch Koextrusionsverfahren hergestellt, so dass es als einstückig hergestelltes Element ausgebildet ist. Dieses optische Element 1 weist Rastelemente 100 auf, über die es auf herkömmliche Art und Weise in Leuchten befestigt werden kann.
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In den 2 und 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements 1 einer erfindungsgemäßen Leuchte in Prinzipdarstellungen dargestellt. In 2 ist ein Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung X dargestellt. Dabei ist in 2 die relative Anordnung einer Platine 20 mit einer LED 2, die als Leuchtmittel fungiert, relativ zu einem optischen Element 1 dargestellt. Aus 2 ist ersichtlich, dass die LED 2 so relativ zu dem optischen Element 1 angeordnet ist, dass das von der LED 2 emittierte Licht im Wesentlichen vollständig über die Lichteintrittsfläche des optischen Elements 1 in das optische Element 1 eingekoppelt wird und sodann zwischen den Grenzflächen 14, 15 zur Lichtaustrittsseite hin propagiert. Die Ausführungsform gemäß den 2 und 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass das Scheibenelement zwei Teilscheibenelemente 3 umfasst, die in der Querrichtung Y neben dem Lichtlenkelement 11 angeordnet sind, und dass das Lichtlenkelement 11 zwei Volumeneinheiten 12, 13 umfasst. Die Volumeneinheit 12 ist aus einem ersten Material hergestellt, das als transparentes Material ausgebildet ist. Die Volumeneinheit 13 ist aus einem zweiten Material hergestellt, das als transluzentes Material ausgebildet ist und einen anderen Brechungsindex aufweist als das erste Material. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass hierdurch eine noch verbesserte Lichtdurchmischung in dem optischen Element 1 bereitgestellt ist, da die Lichtdurchmischung nicht nur durch Reflexion des Lichts an den Grenzflächen 14, 15 innerhalb der zweiten Volumeneinheit 13 bereitgestellt wird sondern darüber hinaus durch Lichtbrechung an dem Übergang von der ersten Volumeneinheit 12 zu der zweiten Volumeneinheit 13. Vorliegend weist die zweite Volumeneinheit 13 einen dreieckigen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung X auf. In anderen Ausführungsformen kann eine zweite Volumeneinheit 13 auch andere Querschnittsformen aufweisen, und es können weitere Volumeneinheiten mit demselben zweiten Material innerhalb der ersten Volumeneinheit 12 oder weitere Volumeneinheiten mit unterschiedlichen Materialien, insbesondere mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes, vorgesehen sein.
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Ebenso wie das optische Element 1 der Ausführungsform gemäß 1 ist auch das optische Element 1 gemäß der Ausführungsform nach 2 als einstückig hergestelltes Element ausgebildet. Darüber hinaus weisen beide optischen Elemente 1 ein Lichtlenkelement 11 auf, das mehrere Volumeneinheiten 12, 13, 19 aus unterschiedlichen Materialien umfasst, was bedeutet, dass die Volumeneinheiten 12, 13, 19 jeweils durch ein unterschiedliches Material ausgebildet sind. Auch ist beiden Ausführungsformen gemein, dass mindestens 80 % des in das optische Element 1 eingekoppelten Lichts durch zumindest zwei Volumeneinheiten 12, 13, 19 hindurch propagiert, wobei das Licht dabei durch die Grenzfläche 14, 15 zwischen den unterschiedlichen Volumeneinheiten 12, 13, 19 hindurch propagiert, über die die beiden unterschiedlichen Volumeneinheiten 12, 13, 19 unmittelbar aneinander anliegen. Da die unterschiedlichen Materialien der unterschiedlichen Volumeneinheiten 12, 13, 19 bei der Ausführungsform gemäß 1 und bei der Ausführungsform gemäß 2 und 3 jeweils unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, gewährleisten beide Ausführungsformen somit eine zusätzliche Lichtdurchmischung aufgrund der Brechung von Licht bei dem Übergang von der ersten Volumeneinheit 12 in die zweite Volumeneinheit 13. Während jedoch bei der Ausführungsform gemäß 1 die Grenzflächen 14, 15 zwischen den unterschiedlichen Volumeneinheiten 12, 13, 19, durch die das eingekoppelte Licht propagiert, parallel zur Querrichtung Y verlaufen, verlaufen die Grenzflächen 14, 15 zwischen den Volumeneinheiten.12, 13, 19 bei der Ausführungsform gemäß 2 und 3 in unterschiedlichen Winkeln zur Querrichtung Y, wodurch die Lichtdurchmischung aufgrund unterschiedlich abgewinkelter Lichtbrechung noch weiter unterstützt ist. Dabei ist stets zu berücksichtigen, dass der Anteil des eingekoppelten Lichts insgesamt und daraus der Anteil des eingekoppelten Lichts, das durch unterschiedliche Volumeneinheiten 12, 13, 19 verläuft, in der erfindungsgemäßen Leuchte darüber festgelegt ist, dass die Ausrichtung von dem Leuchtmittel, vorliegend der LED 2, zu dem optischen Element 1 und die geometrische Ausgestaltung des optischen Elements 1 vorgegeben ist.
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Ferner unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß den 2 und 3 von der Ausführungsform gemäß 1 durch die unterschiedliche Ausgestaltung des Absatzes an der Stirnseite des optischen Elements 1, d. h. an dem Ende des optischen Elements 1 in der Längsrichtung X, das in den Figuren jeweils zu erkennen ist. Dieser Absatz ist zur Aufnahme eines Abschlusselements ausgebildet, das an den Stirnseiten der Leuchte zum Verkapseln des Leuchteninnenraums vorgesehen ist. Während der Absatz bei der Ausführungsform gemäß 1 über beinahe die gesamte Breite des optischen Elements 1 in der Querrichtung Y verläuft, verläuft der Absatz bei der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 ausschließlich über einen schmalen Mittenbereich.
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In der 4 ist eine weitere Ausführungsform eines optischen Elements 1 einer Leuchte dargestellt. In 4 ist analog zu 2 der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung X dargestellt, in dem die relative Anordnung von LED 2 zum optischen Element 1 erkennbar ist. Analog zu der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 weist auch die Ausführungsform gemäß 4 zwei Teilscheibenelemente 3 auf, die in der Querrichtung Y neben dem Lichtlenkelement 11 angeordnet sind und jeweils ein Rastelement 100 zum Befestigen in einer erfindungsgemäßen Leuchte aufweisen. Im Gegensatz zu den optischen Elementen 1 der Ausführungsform gemäß 1 und der Ausführungsform gemäß den 2 und 3 weist das Lichtlenkelement 11 der Ausführungsform gemäß 4 lediglich ein Material auf, aus dem es integral hergestellt ist. Entsprechend ist dieses optische Element 1 durch nur eine in sich geschlossene Volumeneinheit 12 gebildet und daher nicht erfindungsgemäß. Allerdings weist das optische Element 1 an seiner Lichteintrittsseite einen Schlitz auf, an dessen Unterseite der ebene Flächenabschnitt 16 der Lichteintrittsfläche vorgesehen ist. Der ebene Flächenabschnitt 16 ist über ebene Flächen, die zur Transversalrichtung Z abgewinkelt sind, mit den Flankenabschnitten 161, 162 verbunden, die dann ihrerseits mit den Grenzflächen 14, 15 verbunden sind. Durch das Vorsehen des Schlitzes und der ebenen Flächen, die die Flankenabschnitte 161, 162 mit dem ebenen Flächenabschnitt 16 verbinden, ist eine vielfache Reflexion innerhalb des optischen Elements 1 gewährleistet, über die eine Lichtdurchmischung in dem optischen Element stattfindet. Darüber hinaus ist 4 zu entnehmen, dass das stirnseitige Ende des optischen Elements 1 im Bereich seines Mittenabschnitts, der das Lichtlenkelement 11 umfasst, abgekantet ist.
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Aus den verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen optischen Elements 1 ist ersichtlich, dass die geometrische Ausgestaltung des optischen Elements 1 sicherstellt, dass ein wesentlicher Anteil des Lichts, das von der LED 2 emittiert wird und in das optische Element 1 eingekoppelt wird, an den Grenzflächen 14, 15 innerhalb des optischen Elements 1 totalreflektiert wird, wodurch eine Lichtdurchmischung und Lichtlenkung erfolgen kann, wobei darüber hinaus erfindungsgemäß unterschiedliche Volumeneinheiten 12, 13, 19 mit unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes vorgesehen sind, wodurch die Lichtdurchmischung noch weiter verstärkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optisches Element
- 2
- LED
- 3
- Teilscheibenelement
- 11
- Lichtlenkelement
- 12
- erste Volumeneinheit
- 13
- zweite Volumeneinheit
- 14
- erste Grenzfläche
- 15
- zweite Grenzfläche
- 16
- ebener Flächenabschnitt
- 17
- erster wellenförmiger Verlauf
- 18
- zweiter wellenförmiger Verlauf
- 19
- dritte Volumeneinheit
- 20
- Platine
- 100
- Rastelement
- 161
- erster Flankenabschnitt
- 162
- zweiter Flankenabschnitt
- X
- Längsrichtung
- Y
- Querrichtung
- Z
- Transversalrichtung
