-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter, jeweils zur Emission von Licht in Form eines Strahlenbündels vorgesehener Lichtquellen.
-
Stand der Technik
-
Bei den Lichtquellen handelt es sich in der Regel um LEDs, die jeweils eine Lichtabstrahlfläche zur Emission des Lichts haben. Die Lichtquellen können dann bspw. zeilen- bzw. matrixförmig angeordnet sein, und es kann eine Beleuchtungsoptik die von den unterschiedlichen Lichtquellen abgegebenen Strahlenbündel in unterschiedliche Raumrichtungen führen. Sind die Lichtquellen dann zumindest teilweise unabhängig voneinander betreibbar, also selektiv hinzu- und wegschaltbar, können bedarfsabhängig einzelne Raumrichtungen mit Licht versorgt werden oder eben nicht. Dies soll einen bevorzugten Anwendungsfall illustrieren.
-
Darstellung der Erfindung
-
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.
-
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter, jeweils zur Emission von Licht in Form eines Strahlenbündels vorgesehener Lichtquellen und einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Linsen mit jeweils einer Lichteintrittsfläche und einer entgegengesetzten Lichtaustrittsfläche als Lichtdurchtrittsflächen, wobei die Lichtquellen und die Linsen derart relativ zueinander angeordnet sind, dass jedes der Strahlenbündel jeweils genau eine der Linsen durchsetzt, und wobei je Linse zumindest eine der Lichtdurchtrittsflächen derart im Gesamten gegenüber dem jeweiligen Strahlenbündel verkippt ist, dass das jeweilige Strahlenbündel der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche unmittelbar nachgelagert eine Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung hat, die zu seiner Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche unmittelbar vorgelagert verkippt ist.
-
Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
-
Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, die Strahlenbündel, die jeweils eine die Beleuchtungsoptik bzw. einen Teil davon bildende Linse durchsetzen, jeweils derart verkippt durch die jeweilige Linse zu führen, dass sich die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung an zumindest einer Lichtdurchtrittsfläche der Linse ändert. Der Erfinder hat festgestellt, dass sich bei einer matrixartig aus einer Mehrzahl Lichtquellen mit jeweils einer zugeordneten Linse aufgebauten Beleuchtungsvorrichtung ein Problem dahingehend ergeben kann, dass das von der einen Lichtquelle abgegebene Licht an der/den Lichtaustrittsfläche(n) anteilig zurückgestreut wird, bspw. über Fresnel-Reflexe, und auf die benachbarte(n) Lichtquelle(n) gelangt. Dort wird es diffus reflektiert und gelangt dann letztlich über die der/den benachbarten Lichtquelle(n) jeweils zugeordneten Linsen zur Beleuchtungsanwendung (vgl. 1 zur Illustration). Im Ergebnis wird so jeweils auch etwas Licht in einen Raumwinkelbereich abgegeben, wenn dieser in einem bestimmten Zeitpunkt gar nicht versorgt werden soll, also die zugeordnete Lichtquelle ausgeschaltet ist. Dies kann beleuchtungsseitig störende Reflexe bzw. Blendungen zur Folge haben.
-
Indem nun die Strahlenbündel jeweils leicht verkippt geführt werden, treffen sie jeweils auch leicht verkippt auf die Lichtaustrittsfläche ihrer jeweiligen Linse. In der Folge trifft an der Lichtaustrittsfläche zurückgestreutes Licht jedenfalls zu einem geringeren Teil auf die benachbarte(n) Lichtquelle(n), können also die Reflexe/Blendungen zumindest reduziert werden. Die Verkippung wird jeweils anhand der „Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung“ des jeweiligen Strahlenbündels betrachtet, die sich an einer jeweiligen Stelle (z. B. der Lichtdurchtrittsfläche unmittelbar vorgelagert/nachgelagert) jeweils als Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren des betrachteten Strahlenbündels ergibt, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Strahlstärke gewichtet wird.
-
Die Untergliederung in eine Mehrzahl „Linsen“ ist funktional, sie haben also jeweils eine für sich gekrümmte und ausgerichtete Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche; jede der „Linsen“ kann bspw. eine eigene optische Achse haben (siehe unten im Detail). Die „Linsen“ sind bevorzugt Sammellinsen und haben dann jeweils einen eigenen Brennpunkt. Trotz der funktionalen Untergliederung, sind die Linsen bevorzugt einstückig miteinander, also nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar. Besonders bevorzugt sind sie monolithisch vorgesehen, also ohne Materialgrenzen zwischen unterschiedlichen Materialien bzw. Materialien unterschiedlicher Herstellungsgeschichte dazwischen; bevorzugt kann eine Herstellung in einem formenden Verfahren sein, besonders bevorzugt werden die Linsen als ein Spritzgussteil in einem Schritt spritzgegossen.
-
„Mehrzahl“ ist im Rahmen dieser Offenbarung generell, also auch unabhängig von den Linsen, auf mindestens zwei zu lesen, wobei mindestens drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, 15, 20, 30 weiter bevorzugte Untergrenzen sind und (davon unabhängig) höchstens 100.000 (hunderttausend), 80.000, 60.000, 50.000, 40.000, 30.000, 20.000, 10.000, 5.000, 1.000, 500, 400, 300, 200, 100 bzw. 50 mögliche Obergrenzen sein können (jeweils in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt). Im Allgemeinen muss eine für eine Mehrzahl Lichtquellen/Linsen beschriebene Anordnung nicht notwendigerweise sämtliche Lichtquellen/Linsen der Beleuchtungsvorrichtung betreffen, kann es also zusätzlich auch weitere Lichtquellen/Linsen in anderer Anordnung geben; bevorzugt sind jedoch sämtliche Lichtquellen/Linsen in einer für die Mehrzahl beschriebenen Weise angeordnet.
-
Vorzugsweise ist die Beleuchtungsvorrichtung derart eingerichtet, also bspw. mit einer entsprechenden Steuereinheit und/oder Beschaltung versehen, dass die Mehrzahl Lichtquellen im Betrieb zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, unabhängig voneinander schaltbar sind, also einzeln hinzu- und weggeschaltet werden können. Das Schalten kann bspw. auch mit einer festen oder zeitlich variablen PWM-Intensitätsmodulation erfolgen, die auch unabhängig voneinander für jede Lichtquelle einzeln einstellbar sein kann. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet betrifft die Straßenausleuchtung mit einem Kfz-Scheinwerfer (siehe unten im Detail), wobei mit dem Hinzu- und Wegschalten die Straße selektiv, bspw. in Abhängigkeit vom Gegenverkehr, ausgeleuchtet werden kann.
-
Die „Strahlenbündel“ durchsetzen jeweils eine der Linsen, es bleibt hierbei also bspw. das an der Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche zurückgestreute Licht außer Betracht; die „Strahlenbündel“ repräsentieren also das tatsächlich originär, ohne unerwünschte Reflexionen zu der Beleuchtungsanwendung gelangende Licht.
-
Die Anordnung der Lichtquellen/Linsen „nebeneinander“ bezieht sich auf die Richtungen senkrecht zu den Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtungen (den Linsen unmittelbar vorgelagert). Im Allgemeinen können die Abstrahlflächen auch entlang der Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtungen zueinander versetzt sein, zumindest in Gruppen, bspw. um höchstens 500 µm, 400 µm, 300 µm bzw. 200 µm. Bevorzugt liegen die Abstrahlflächen der Lichtquellen in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtungen der Strahlenbündel an den Abstrahlflächen dann bevorzugt jeweils senkrecht zu dieser Ebene liegen; die Lichtquellen sind dann in der Ebene „nebeneinander“ angeordnet. Die Lichtquellen emittieren jedenfalls in denselben Halbraum; bevorzugt überlappen die Strahlenbündel nächstbenachbarter Lichtquellen infolge der Anordnung „nebeneinander“ beleuchtungsseitig teilweise. Mit der Anordnung der Lichtquellen/Linsen „nebeneinander“ ist bezogen auf die Lichtausbreitung eine Parallelschaltung gegeben, also keine Serienschaltung (Anordnung nacheinander).
-
Die Betrachtung der jeweiligen Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche „unmittelbar“ vor- bzw. nachgelagert meint, dass etwaige frühere/spätere Richtungsänderungen außer Betracht bleiben, also die Schwerpunktrichtungen, mit denen das Strahlenbündel tatsächlich auftritt und weggeht zugrunde gelegt werden. Generell soll im Rahmen dieser Offenbarung die Bezugnahme auf „Streulicht“ keine Implikation bzgl. der zugrunde liegenden Physik haben, kann es sich dabei also bspw. auch um totalreflektiertes Licht oder Fresnel-Reflexe handeln. „Lichteintrittsfläche“ und „Lichtaustrittsfläche“ bezieht sich generell jeweils auf den im Betrieb mit Licht durchstrahlten Bereich einer insgesamt ggf. auch größeren Seitenfläche.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine Lichtdurchtrittsfläche je Linse, an welcher die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Strahlenbündels verkippt wird, die Lichtaustrittsfläche der jeweiligen Linse. Die Lichteintrittsfläche der jeweiligen Linse legt für diese bevorzugt eine optische Achse fest, und die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung des jeweiligen Strahlenbündels ist dann der Lichtaustrittsfläche nachgelagert zu der optischen Achse verkippt. Je Linse ist die durch die Lichteintrittsfläche festgelegte optische Achse bevorzugt eine Rotationssymmetrieachse für die Lichteintrittsfläche.
-
Vorzugsweise ist jeweils die Lichtaustrittsfläche die einzige Lichtdurchtrittsfläche der jeweiligen Linse, an welcher sich die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung ändert. Bevorzugt liegt die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung eines jeweiligen Strahlenbündels der Lichteintrittsfläche der jeweiligen Linse unmittelbar vor- und nachgelagert parallel zur optischen Achse dieser Linse und wird sie dann an der Lichtaustrittsfläche dazu verkippt.
-
In bevorzugter Ausgestaltung beträgt die Verkippung der Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung an der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche je Linse mindestens 0,5°, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 0,75°, 1°, 1,25° bzw. 1,5°. Obergrenzen der Verkippung können bspw. bei höchstens 15°, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 14°, 13°, 12°, 11°, 10°, 9°, 8°, 7° bzw. 6°, liegen, wobei im Allgemeinen eine Obergrenze auch unabhängig von einer Untergrenze von Interesse sein kann, und umgekehrt. Die genannten Werte sollen ausdrücklich auch für die bevorzugte Verkippung der Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung gegenüber der optischen Achse der jeweiligen Linse (siehe vorherige Absätze) offenbart sein.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtquellen entlang einer Anordnungslinie nebeneinander angeordnet und tritt die Verkippung der Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung je Linse jeweils in einer zu der Anordnungslinie senkrechten Ebene auf. Bildlich gesprochen erfolgt die Verkippung also seitlich derart, dass zumindest ein Großteil des an der/den Lichtaustrittsfläche(n) zurückgestreuten Lichts dann neben die Anordnungslinie reflektiert wird, siehe 2a, c im Vergleich zur Illustration. Die „Anordnungslinie“ verbindet die Flächenschwerpunkte der Abstrahlflächen der nebeneinander angeordneten Lichtquellen; bevorzugt handelt es sich dabei um eine glatte Kurve, besonders bevorzugt um eine Gerade. Je Linse beinhaltet die zur Anordnungslinie senkrechte Ebene, in welcher die jeweilige Verkippung auftritt, bevorzugt den Flächenschwerpunkt der Abstrahlfläche der jeweiligen, diese Linse durchstrahlenden Lichtquelle.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der jeweils in einer zur Anordnungslinie senkrechten Ebene auftretenden Verkippung ist die Verkippung in dieser Ebene jeweils maximal. Betrachtet man die Ebene als Schnittebene, ist in dieser also nicht nur eine Verkippung zu erkennen (was „auftreten“ meint), sondern erreicht die Verkippung in dieser Schnittebene einen Maximalwert.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Linsen eine Primäroptik und ist dieser eine Sekundäroptik derart nachgelagert angeordnet, dass die Strahlenbündel auch die Sekundäroptik durchsetzen. Primär- und Sekundäroptik bilden dann gemeinsam die vorstehend in Bezug aufgenommene „Beleuchtungsoptik“, durch welche das Licht von den einzelnen Lichtquellen in unterschiedliche Raumrichtungen geführt wird. Im Allgemeinen kann auch die Sekundäroptik aus einer Mehrzahl Sekundäroptik-Linsen aufgebaut sein, wobei dann jedes der Strahlenbündel jeweils genau eine der Sekundäroptik-Linsen durchsetzt. Bevorzugt wird die Sekundäroptik jedoch von genau einer Sekundäroptik-Linse gebildet.
-
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Primär- und die Sekundäroptik derart vorgesehen und angeordnet, dass die Sekundäroptik ein von der Primäroptik (von den Lichtquellen) erzeugtes Lichtbild ins Unendliche abbildet. Bevorzugt wird das Lichtbild von den Eintrittsflächen der Linsen (der Primäroptik) erzeugt; weiter bevorzugt liegt eine Ebene mit dem Lichtbild, welche die Sekundäroptik ins Unendliche abbildet, innerhalb der Primäroptik.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche allgemein die Kombination aus Primär- und Sekundäroptik betrifft, hat die Sekundäroptik eine optische Sekundäroptik-Achse und sind die Linsen, welche die Primäroptik bilden, jeweils derart angeordnet, dass ihre optische Achse jeweils zu der Sekundäroptik-Achse verkippt ist. Die jeweilige optische Achse wird bevorzugt durch die jeweilige Eintrittsfläche (deren Rotationssymmetrie) festgelegt, siehe vorne. Mit einer entsprechenden Verkippung zwischen Primär- und Sekundäroptik wird die Verkippung der Strahlenbündel, die mit der Primäroptik erfolgt, idealerweise zumindest zum Teil ausgeglichen, sodass also je Strahlenbündel die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung der Sekundäroptik unmittelbar nachgelagert im Wesentlichen dieselbe wie in einem Referenzfall ist, in dem sich die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung in der Primäroptik nicht ändert.
-
Die Drehachse, um welche die optische Sekundäroptik-Achse und die optische Achse der jeweiligen Linse (der Primäroptik) zueinander verkippt sind, liegt bevorzugt auf der Lichtaustrittsfläche der jeweiligen Linse und/oder in der Abbbildungsebene der Sekundärlinse.
-
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Verkippung der Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung an der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche je Linse dem Betrag nach gleich der Verkippung der optischen Achse der jeweiligen Linse zu der Sekundäroptik-Achse. Es wird also je Strahlenbündel die Verkippung an der Primäroptik vollständig durch die Verkippung von Primär- zu Sekundäroptik ausgeglichen. Bevorzugt trifft ein jeweiliges Strahlenbündel mit einer zur optischen Achse der jeweiligen Linse (welche Teil der Primäroptik ist) parallelen Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung auf deren Lichteintrittsfläche und haben die Strahlenbündel jeweils auch der Sekundäroptik unmittelbar nachgelagert eine Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung, wobei sämtliche dieser Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtungen parallel zu einer gemeinsamen, die optische Achse der Sekundäroptik beinhaltenden Ebene liegen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verkippung der Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung an der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche je Linse für alle Linsen dem Betrag nach gleich. Auch unabhängig davon erfolgt die Verkippung für alle Linsen bevorzugt zur selben Seite hin, sodass also bspw. im Falle der vorstehend beschriebenen Anordnungslinie das an den jeweiligen Lichtaustrittsflächen zurückgestreute Licht dann jeweils auf derselben Seite der Anordnungslinie liegt (jeweils zumindest schwerpunktmäßig).
-
In bevorzugter Ausgestaltung legen je Linse die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung der zumindest einen Lichtdurchtrittsfläche unmittelbar vorgelagert und die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung dieser unmittelbar nachgelagert als Richtungsvektoren eine Ebenenschar fest; es definieren die beiden Richtungen also jeweils eine Schar (unendlich vieler) zueinander paralleler Ebenen, wobei die Ebenenscharen aller Linsen zusammenfallen, also sämtliche Ebenen zueinander parallel bzw. identisch sind.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtquellen LEDs, die Lichtabstrahlfläche einer jeweiligen Lichtquelle ist dann also die Lichtabstrahlfläche einer jeweiligen LED. Je LED kann die Lichtabstrahlfläche dabei im Allgemeinen auch mehrteilig, also aus mehreren nicht zusammenhängenden Teil-Abstrahlflächen aufgebaut sein; eine jeweilige LED kann also jeweils auch aus mehreren Einzel-LEDs aufgebaut sein, die gemeinschaftlich die jeweilige Lichtabstrahlfläche bilden und das jeweilige Strahlenbündel emittieren.
-
Eine LED ist eine Leuchtdiode; ist sie aus mehreren Einzel-Leuchtdioden aufgebaut, können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Die mehreren Einzel-LEDs einer LED können dann gemeinsam ein Mischlicht erzeugen, z. B. weißes Mischlicht. Die LEDs bzw. Einzel-LEDs können jeweils einen Wellenlängen umwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). „LED“ kann sowohl auf einen gehäusten LED-Chip als auch auf den LED-Chip an sich zu lesen sein. Die Mehrzahl LEDs und/oder die Mehrzahl Einzel-LEDs je LED können auf einem gemeinsamen Substrat montiert sein, wobei man im letztgenannten Fall von einem submount je LED sprechen würde. Bevorzugt sind anorganische Leuchtdioden, etwa auf der Basis von InGaN oder AlInGaP; im Allgemeinen sind aber auch organische LEDs möglich (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs). Bevorzugt hat jede Lichtquelle eine zusammenhängende Lichtabstrahlfläche, weiter bevorzugt ist je Lichtquelle genau eine Einzel-LED vorgesehen. Anstelle einer LED kann im Allgemeinen als Lichtquelle bspw. auch eine z. B. blaue Laserdiode verwendet werden, die mittels eines konvertierenden, der Laserdiode nachgelagerten gelben Leuchtstoffs, z. B. Ce:YAG, blaues Anregungslicht zumindest teilweise oder vollständig in gelbes Konversionslicht umwandelt.
-
Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (Kfz-Scheinwerfer) mit einer vorliegend beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, bevorzugt einen Frontscheinwerfer und/oder einen Automobil-Scheinwerfer.
-
Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung zur Beleuchtung, insbesondere in einem eben genannten Kfz-Scheinwerfer.
-
In bevorzugter Ausgestaltung wird dabei während des Betriebs, also während der Beleuchtung, zumindest eine der Lichtquellen selektiv hinzu- und weggeschaltet. Bei der bevorzugten Anwendung im Kfz-Scheinwerfer erfolgt das Hinzu- und Wegschalten vorzugsweise adaptiv in Abhängigkeit von Vorgängen innerhalb des maximal, wenn alle LEDs eingeschaltet sind, zugänglichen Beleuchtungslichtkegels. So kann bspw. ein vorausfahrendes und/oder entgegenkommendes Fahrzeug, das sich in dem maximal zugänglichen Beleuchtungslichtkegel befindet, detektiert werden, etwa mit einer Kamera, und kann das Licht für den entsprechenden Raumwinkelbereich dann abgeschaltet werden. Es wird bzw. werden also jene Lichtquellen/Linsen-Paare weggeschaltet, die den entsprechenden Raumwinkelbereich ansonsten mit Licht versorgen. Dies soll sowohl hinsichtlich der Verwendung als auch den Kfz-Scheinwerfer betreffend offenbart sein, der dann für eine entsprechende Verwendung eingerichtet ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
-
Im Einzelnen zeigt
-
1 einen schematischen Schnitt einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung zur Illustration unterschiedlicher Lichtpfade;
-
2a–c gegenüber der Darstellung gemäß 1 um 90° gedrehte Schnittansichten einer Beleuchtungsvorrichtung mit unverkippter Strahlführung im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
-
3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit Primär- und Sekundäroptik;
-
4a, b jeweils eine Intensitätsdarstellung des Lichtbildes im Fernfeld für eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl LEDs, und zwar für eine unverkippte Strahlführung als Referenz im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
-
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
-
1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung 1. Diese ist aus einer Mehrzahl LEDs 2 aufgebaut, denen jeweils eine Linse 3 zugeordnet ist; jede der Linsen 3 hat eine der jeweiligen LED 2 zugewandte Lichteintrittsfläche 4 und eine entgegengesetzte Lichtaustrittsfläche 5. Die LEDs 2 sind im Betrieb unabhängig voneinander schaltbar, wobei in der in 1 gezeigten Situation nur die LED 2a Licht in Form eines Strahlenbündels 6a emittiert, die übrigen LEDs 2b, c sind ausgeschaltet. Das Strahlenbündel 6a repräsentiert das Licht, das von der LED 2a in gewünschter Form der Beleuchtungsanwendung zugeführt wird, also in einen bestimmten Raumwinkelbereich hinein abgegeben wird.
-
Aufgrund der Anordnung der LEDs 2 / Linsen 3 nebeneinander gelangt von der LED 2a jedoch auch etwas Streulicht von der eingeschalteten LED 2a auf andere der LEDs 2, exemplarisch gezeigt für die LED 2c. Die vom Erfinder mit Raytracing-Simulationen untersuchte Streulichtausbreitung ist hier schematisch für einen Streulichtpfad illustriert, vgl. den strichlierten Pfeil in 1. Von dem an der Lichtabstrahlfläche 7a der LED 2a Lambertsch abgegebenen Licht gelangt ein Teil auf die Lichteintrittsfläche 4b der benachbarten Linse und wird an der Lichtaustrittsfläche 5b der dazu benachbarten Linse totalreflektiert. Dies ist nur ein Beispiel für das Zustandekommen von „Streulicht“, der Begriff ist auf jedwedes von einer der LEDs zu einer anderen der LEDs gelangendes Licht zu lesen, wobei neben Totalreflexion bspw. auch Fresnel-Reflexe zu einer solchen Lichtführung beitragen können.
-
In dem in 1 gezeigten Beispielfall gelangt das Streulicht jedenfalls auf die LED 2c, die in dem dargestellten Zeitpunkt nicht betrieben wird. An der Oberfläche 2c wird das Licht diffus gestreut und so der dieser LED 2c zugeordneten Linse 3c zugeführt. Von der Abstrahlcharakteristik her ist das an der LED 2c diffus gestreute Streulicht dem von der LED 2c im Betrieb Lambertsch abgegebenen Licht vergleichbar, entsprechend durchsetzt dann auch ein Großteil des Streulichts die Linse 3c zur Beleuchtungsanwendung hin. Im Ergebnis wird einem Raumwinkelbereich, der in einem jeweiligen Zeitpunkt eigentlich nicht mit Licht versorgt werden soll, zumindest etwas Licht zugeführt, was unerwünschte Blendungen/Reflexe zur Folge hat.
-
Die 2a–c zeigen nun jeweils ebenfalls einen Schnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung 1, wobei die Schnittebene gegenüber 1 um 90° gedreht liegt, also senkrecht zur Zeichenebene gemäß 1. 2a zeigt dabei eine nicht erfindungsgemäße Strahlführung, nämlich ein Strahlenbündel 6, welches die Linse 3 mit einer unveränderten Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20 durchsetzt, die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20 ändert sich also an keiner der Lichtdurchtrittsflächen 4, 5.
-
Demgegenüber zeigt 2b eine erfindungsgemäße Anordnung. Hinsichtlich der Lichteintrittsfläche 4 besteht kein Unterschied zu der Anordnung gemäß 2, die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20 ändert sich dort also nicht. Relativ zu dem Strahlenbündel 6 ist jedoch die Lichtaustrittsfläche 5 derart verkippt, dass sich dort die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20 ändert. Die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20a der Lichtaustrittsfläche 5 unmittelbar vorgelagert und die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20b der Lichtaustrittsfläche 5 unmittelbar nachgelagert sind um 3° zueinander verkippt.
-
In 2c ist nun zunächst die Wirkung dieser Verkippung illustriert, ist nämlich der anhand von 1 erläuterte Streulichtpfad gewissermaßen in einer Seitenansicht dargestellt, vgl. die strichlierte Linie (der Übersichtlichkeit halber ist das die Linse 3a in gewünschter Weise durchsetzende Strahlenbündel nicht dargestellt). Aufgrund der Verkippung endet der Streulichtpfad nun nicht mehr auf der LED 2c (vgl. 1 und 2c in der Zusammenschau), sondern daneben. Dieser Bereich neben den LEDs 2 ist absorbierend gestaltet, sodass von dem neben die LED 2c geführten Streulicht letztlich kaum Licht zur Beleuchtungsanwendung gelangt.
-
2c illustriert ferner, wie die Gesamtheit aus LED 2 und Linse 3 gegenüber einer nachgelagerten Optik (vgl. dazu auch 3 im Detail) verkippt ist, um die verkippte Strahlführung (vgl. 2a und b im Vergleich) auszugleichen. Die nachgelagerte Optik ist in 2c nicht an sich dargestellt, sondern es ist nur eine optische Sekundäroptik-Achse 21 davon gezeigt. Auch jede der Linsen 3 hat jeweils eine optische Achse 22, zu welcher die jeweilige Lichteintrittsfläche 4 der jeweiligen Linse 3 bevorzugt rotationssymmetrisch ist. Die LED 2 und die Linse 3 sind nun relativ zu der optischen Sekundäroptik-Achse 21 verkippt, und zwar um 3°. Im Ergebnis ist so die Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtung 20b der Lichtaustrittsfläche 5a nachgelagert gegenüber dem Referenzfall gemäß 2a unverändert.
-
3 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 in einer Seitenansicht, wobei die LEDs (nicht zu erkennen) und die Linsen 5 gemeinsam in einem Gehäuse 30 verbaut sind. Die Linsen 3 bilden eine Primäroptik, der eine weitere Linse als Sekundäroptik 31 nachgelagert ist. Gegenüber deren optischer Achse 21 ist das gesamte Gehäuse 30 verkippt, sodass sich die anhand von 2 erläuterte Verkippung der optischen Achsen 22 zur optischen Sekundäroptik-Achse 21 ergibt.
-
Die 4a, b illustrieren in etwas vereinfachter Darstellung schematisch das Ergebnis einer Raytracing-Simulation, und zwar jeweils das Lichtbild im Fernfeld in einer Intensitätsdarstellung (Höhenliniendarstellung). 4a entspricht dabei einer nicht erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit unverkippter Strahlführung als Referenz (vgl. 2a), wohingegen 4b an einem Aufbau gemäß 3 ermittelt wurde. In beiden Fällen war für jeweils nur eine der LEDs der Betriebszustand „eingeschaltet“ vorgegeben, emittierte also nur diese eine LED aktiv Licht. Der von dieser eingeschalteten LED versorgte Raumwinkelbereich ist jeweils als rechteckiger Bereich 40 zu erkennen.
-
In der Höhenliniendarstellung sind im Falle von 4a aber auch von diesem Bereich 40 abgesehen Bereiche 41 erhöhter Intensität zu erkennen. Diese können auf Streulicht zurückgeführt werden, das auf nicht eingeschaltete LEDs trifft und dort diffus reflektiert und so letztlich dem Fernfeld zugeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Verkippung kann die Intensität in diesen Bereichen jedenfalls verringert, teils auch vollständig reduziert werden, siehe die 4a, b im Vergleich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2, 2a, b, c
- LEDs / Lichtquellen
- 3, 3a, b, c
- Linsen
- 4, 4a, b, c
- Lichteintrittsflächen der Linsen
- 4, 5a, b, c
- Lichtaustrittsflächen der Linsen
- 4, 5
- Lichtdurchtrittsflächen
- 6, 6a
- Strahlenbündel
- 7, 7a
- Lichtabstrahlfläche
- 20a, b
- Schwerpunkt-Ausbreitungsrichtungen
- 21
- Optische Sekundäroptik-Achse
- 22
- Optische Achse der Linse
- 30
- Gehäuse
- 31
- Sekundäroptik
- 40
- Rechteckiger Bereich
- 41
- Bereiche
