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Die Erfindung betrifft eine TIR-Linse und eine Beleuchtungsvorrichtung.
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In der Allgemeinbeleuchtung, beispielsweise bei der Beleuchtung von Wohn- und Büroräumen, von Gebäuden und Straßen, bei Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge und bei Taschenlampen spielt eine Lichtverteilung des entsprechenden Beleuchtungslichts eine entscheidende Rolle. Zur Erzeugung geeigneter Lichtverteilungen werden zur akzentuierten und diffusen Ausstrahlung von Objekten Linsen, Reflektoren und Kollimatoren benutzt, mit denen Lichtpfade des erzeugten Lichts bezüglich ihrer Abstrahlwinkel verändert werden können.
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Eine TIR (Total Internal Reflection)- Linse ist ein solcher Kollimator, der beispielsweise mit LEDs eingesetzt wird, um das von den LEDs emittierte Licht zu kollimieren, also das Licht so austreten zu lassen, dass ein Großteil des Lichts in einen vorgegebenen, schmalen Winkelbereich emittiert wird. Die TIR-Linse ist eine Kombination von TIR-Kollimator und Linse, die aufgrund von Lichtbrechung und interner Totalreflexion funktioniert, und bei bestimmungsgemäßen Einsatz ein Lichtbündel mit relativ geringer Breite erzeugt. Relativ gering ist hier im Vergleich zur unkollimierten Strahlung der Lichtquelle zu verstehen.
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Eine derartige TIR-Linse kann beispielsweise aus einem einstückigen Formkörper gebildet sein, der zumindest für das zu kollimierende Licht transparent ist. Zur Kollimation wird ein Teil des Lichts normalerweise an einer ersten Seite in den Körper eingekoppelt, dann an einer Außenwandung des Körpers intern total reflektiert und dann an einer zweiten Seite des Körpers aus dem Körper ausgekoppelt. Mit der Herstellung der TIR-Linse sind diverse Kosten verbunden, beispielsweise die Kosten für das Material des Körpers. Außerdem weist eine TIR-Linse eine gewisse Größe auf, die beim Ausbilden einer Beleuchtungsvorrichtung, in der die TIR-Linse angeordnet werden soll, berücksichtigt werden muss.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine TIR-Linse bereitzustellen, die besonders kostengünstig herstellbar ist, die besonders wenig Material aufweist und/oder die einen besonders geringen Platzbedarf hat.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die eine TIR-Linse aufweist, die besonders wenig Material aufweist und/oder die einen besonders geringen Platzbedarf hat.
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Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine TIR-Linse, mit: einem Körper, der eine erste Seite, eine von der ersten Seite abgewandte zweite Seite und mindestens eine Außenwandung, die sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, aufweist; einer ersten Ausnehmung, die an der ersten Seite in dem Körper ausgebildet ist, die sich in einer Erstreckungsrichtung in den Körper hinein erstreckt und die zumindest von einer ersten Innenwandung des Körpers begrenzt ist, wobei die erste Innenwandung zumindest einen Teil einer Lichteintrittsfläche zum Einkoppeln von Licht in den Körper bildet; und einer zweiten Ausnehmung, die an der zweiten Seite ausgebildet ist, die sich entgegen der Erstreckungsrichtung in den Körper hinein erstreckt und die zumindest von einer zweiten Innenwandung des Körpers begrenzt ist, wobei die zweite Innenwandung zumindest einen Teil einer Lichtaustrittsfläche zum Auskoppeln des Lichts aus dem Körper bildet; wobei die Außenwandung in der Erstreckungsrichtung treppenartig ausgebildet ist und mehrere in der Erstreckungsrichtung abwechselnd nacheinander angeordnete setzstufenartige Bereiche und trittstufenartige Bereiche aufweist, wobei ein Außenmaß der TIR-Linse in der Erstreckungsrichtung mit jeder Stufe größer wird und wobei die setzstufenartigen Bereiche TIR-Flächen bilden und so ausgebildet sind, dass sie das über die erste Innenwandung in den Körper eingekoppelte Licht hin zu der zweiten Innenwandung intern totalreflektieren.
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Die treppenartige Ausbildung der Außenwandung ermöglicht, die TIR-Linse mit besonders wenig Material herzustellen. Insbesondere kann die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung mit weniger Material hergestellt werden, als eine herkömmliche TIR-Linse mit einer bogenförmigen Außenwandung, deren Apertur gleich groß ist wie die der TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung. Wenn eine herkömmliche TIR-Linse beispielsweise ein Volumen von ca. 75 mm3 hat, kann eine entsprechende TIR-Linse mit treppenartiger Außenwandung ein Volumen von ca. 50 mm3 haben.
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Die treppenartige Ausbildung der Außenwandung ermöglicht, die setzstufenartigen Bereiche so auszubilden, dass die entsprechenden TIR-Flächen einen besonders kleinen Winkel mit der Erstreckungsrichtung und gegebenenfalls mit einer optischen Achse der TIR-Linse einschließen. Insbesondere ermöglicht die treppenartige Ausbildung der Außenwandung, die setzstufenartigen Bereiche so auszubilden, dass die entsprechenden TIR-Flächen einen kleineren Winkel mit der Erstreckungsrichtung einschließen als eine herkömmliche TIR-Linse mit einer bogenförmigen Außenwandung, deren Austrittsapertur und Durchmesser an der der Austrittsapertur gegenüberliegenden Seite gleich groß sind wie die der TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung.
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Falls die setzstufenartigen Bereiche, die die TIR-Flächen bilden, einen besonders kleinen Winkel mit der Erstreckungsrichtung einschließen, so schließt auch die Lichtaustrittsfläche einen besonders kleinen Winkel mit der Erstreckungsrichtung ein, damit die Lichtpfade des aus der TIR-Linse austretenden Lichts zueinander parallel oder zumindest näherungsweise parallel sind. Insbesondere schließt die Lichtaustrittsfläche der TIR-Linse einen kleineren Winkel mit der Erstreckungsrichtung und gegebenenfalls einer optischen Achse der TIR-Linse ein, als die Lichtaustrittsfläche der herkömmlichen TIR-Linse mit der bogenförmigen Außenwandung. Die setzstufenartigen Bereiche der erfindungsgemäßen Linse können eine Höhe zwischen 1/10 und 10 mm aufweisen.
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Falls die Lichtaustrittsfläche einen besonders kleinen Winkel mit der Erstreckungsrichtung einschließt, so trägt dies dazu bei, dass die TIR-Linse mit besonders wenig Material herstellbar ist. Insbesondere kann die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung aufgrund der Lichtaustrittsfläche, die einen kleineren Winkel mit der Erstreckungsrichtung einschließt als die herkömmliche TIR-Linse mit der bogenförmigen Außenwandung, mit weniger Material hergestellt werden, als die herkömmliche TIR-Linse mit der bogenförmigen Außenwandung, die die gleiche Apertur aufweist wie die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung.
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Somit kann die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung bei gleicher Apertur mit deutlich weniger Material hergestellt werden als die herkömmliche TIR- Linse mit der bogenförmigen Außenwandung. Aufgrund des besonders geringen Materialaufwands kann die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung besonders kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere kann die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung bei gleicher Apertur günstiger hergestellt werden, als die herkömmliche TIR-Linse mit der bogenförmigen Außenwandung.
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Ferner hat die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung einen besonders geringen Platzbedarf. Insbesondere hat die TIR-Linse mit der treppenartigen Außenwandung einen geringeren Platzbedarf als eine herkömmliche TIR-Linse mit gleicher Apertur und bogenförmiger Außenwandung.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die TIR-Linse eine optische Achse auf, die sich parallel zu der Erstreckungsrichtung erstreckt, und bei der die TIR-Linse bezüglich der optischen Achse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. In anderen Worten kann die TIR-Linse rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei die entsprechende Symmetrieachse die optische Achse der TIR-Linse bildet. Alternativ zu der rotationssymmetrischen Ausbildung kann die TIR-Linse auch extrudiert und/oder spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene sein, die dann eine optische Ebene bildet.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die erste Ausnehmung, die erste Innenwandung, die zweite Ausnehmung, die zweite Innenwandung, die Außenwandung und/oder die TIR-Flächen bezüglich der optischen Achse rotationssymmetrisch ausgebildet. Dies trägt dazu bei, dass die TIR-Linse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dies führt zu einer zumindest annähernd rotationssymmetrischen Lichtverteilung. Zudem ist eine einfache Herstellung gewährleistet.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die trittstufenartigen Bereiche so ausgebildet, dass sie bezüglich des eingekoppelten Lichts jeweils in einem Schattenbereich liegen. Die Schattenbereiche sind so angeordnet, dass das eingekoppelte Licht nicht auf direktem Weg in die Schattenbereiche gelangt, sondern, wenn überhaupt, dann nur über mindestens eine, in der Regel mehrere Reflexionen in der TIR-Linse. Somit tragen die trittstufenartigen Bereiche nicht zu der internen Totalreflexion des eingekoppelten Lichts bei. Vorteilhaft an dieser Ausführung im Vergleich zu einer herkömmlichen TIR-Linse ist, dass eine unkontrollierte Lichtstreuung an dieser Stelle verhindert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung erstrecken sich die trittstufenartigen Bereiche senkrecht zu der Erstreckungsrichtung. Somit erstrecken sich die trittstufenartigen Bereiche gegebenenfalls senkrecht zu der optischen Achse oder der optischen Ebene der TIR-Linse. Dies kann dazu beitragen, dass die TIR-Linse einfach herstellbar ist.
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Gemäß einer Weiterbildung schließen die setzstufenartigen Bereiche mit der Erstreckungsrichtung einen spitzen Winkel ein. Der spitze Winkel kann in einem Bereich liegen beispielsweise von 1° bis 45°, beispielsweise von 2° bis 30°, beispielsweise von 3° bis 15°.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die setzstufenartigen Bereiche so ausgebildet, dass Lichtpfade des aus der TIR-Linse ausgekoppelten Lichts parallel oder zumindest näherungsweise parallel zu der Erstreckungsrichtung verlaufen. Das Licht wird über die Apertur der TIR-Linse aus der TIR-Linse ausgekoppelt. Dass die Lichtpfade des ausgekoppelten Lichts näherungsweise parallel zu der Erstreckungsrichtung sind, kann beispielsweise bedeuten, dass ein Winkel zwischen den Lichtpfaden und der Erstreckungsrichtung kleiner ist als 15°, beispielsweise kleiner als 10°, beispielsweise kleiner als 5°. Beispielsweise bedeutet dies, dass 60% des Lichts in einen Kegel mit einem Öffnungswinkel von 30° zwischen Kegelmittelachse und Kegelmantel abgestrahlt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die erste Ausnehmung in der Erstreckungsrichtung von einer ersten Grundfläche begrenzt, die an die erste Innenwandung grenzt. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Ausnehmung entgegen der Erstreckungsrichtung von einer zweiten Grundfläche begrenzt, die an die zweite Innenwandung grenzt. In anderen Worten bildet die erste Grundfläche einen Boden der ersten Ausnehmung und alternativ oder zusätzlich bildet die zweite Grundfläche ein Boden der zweiten Ausnehmung. Die erste Ausnehmung ist von der ersten Grundfläche und der ersten Innenwandung begrenzt und alternativ oder zusätzlich ist die zweite Ausnehmung von der zweiten Grundfläche und der zweiten Innenwandung begrenzt. Somit bilden die erste Innenwandung und die erste Grundfläche die Lichteintrittsfläche der TIR-Linse. Ferner bilden alternativ oder zusätzlich die zweite Innenwandung und die zweite Grundfläche die Lichtaustrittsfläche der TIR-Linse.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die erste Grundfläche entgegen der Erstreckungsrichtung gewölbt und/oder die zweite Grundfläche ist in der Erstreckungsrichtung gewölbt. In anderen Worten sind die erste Grundfläche bzw. die zweite Grundfläche als konvexe Halblinsen bzw. konvexe Linsenflächen ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, dass die Lichtpfade des aus der TIR-Linse ausgekoppelten Lichts parallel oder zumindest näherungsweise parallel zu der Erstreckungsrichtung sind.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die zweite Grundfläche von einer Oberfläche eines kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Abschnitts des Körpers gebildet. In anderen Worten kann der Körper einen kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweisen, der in die zweite Ausnehmung ragt, wobei die Oberfläche des kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Abschnitts die zweite Grundfläche bildet. Beispielsweise begrenzen die zweite Innenwandung und der kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Abschnitt die zweite Ausnehmung. Der kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Abschnitt kann gegebenenfalls rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse der TIR-Linse sein. Der kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Abschnitt des Körpers kann dazu beitragen, dass eine Lichtverteilung des mittels der TIR-Linse abgestrahlten Lichts im Fernfeld besonders homogen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung so ausgebildet, dass die erste Innenwandung und die erste Grundfläche an einer Kante aufeinandertreffen und dass eine imaginäre geradlinige Verlängerung der zweiten Innenwandung die Kante schneidet. Anders ausgedrückt sind die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung so ausgebildet, dass in einer Querschnittsansicht der TIR-Linse die erste Innenwandung und die erste Grundfläche an einem ersten Punkt aufeinandertreffen und dass in der Querschnittsansicht eine durch die zweite Innenwandung gebildete Linie in einer imaginären geradlinigen Verlängerung auf den ersten Punkt trifft. Dies kann dazu beitragen, dass eine Lichtverteilung des mittels der TIR-Linse abgestrahlten Lichts im Fernfeld besonders homogen ist.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die TIR-Linse eine Bodenfläche auf, die sich von einem Rand der ersten Ausnehmung zu der Außenwandung erstreckt. In anderen Worten ist ein Außendurchmesser der TIR-Linse an der ersten Seite größer als eine Öffnung der ersten Ausnehmung, so dass sich zwischen der Außenwandung an der ersten Seite und dem Rand der ersten Ausnehmung die Bodenfläche erstreckt.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der Rand der ersten Ausnehmung eckig oder rundlich, d. h. annähernd rund, ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die setzstufenartigen Bereiche, und damit die TIR-Flächen, in einem Querschnitt der Linse jeweils bogenförmig ausgebildet. Dabei kann der Bogen nach Innen zur Linse hin oder nach Außen von der Linse weg ausgebildet sein. Dies ermöglicht, die TIR-Linse so auszubilden, dass von einem auf der optischen Achse liegenden Punkt der Lichtquelle ausgehende Lichtstrahlen nach dem Durchtritt durch die TIR-Linse ausschließlich parallel zu der Erstreckungsrichtung bzw. der optischen Achse sind.
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Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit der TIR-Linse und mit einer Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie im Betrieb das Licht hin zu der ersten Innenwandung abstrahlt. In anderen Worten ist die TIR-Linse im Strahlengang des mittels der Lichtquelle erzeugten Lichts angeordnet. Die Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise eine Taschenlampe, ein Strahler, ein Scheinwerfer, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, oder eine Leuchte, beispielsweise zu Allgemeinbeleuchtung, sein. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine, zwei oder mehrere LEDs und/oder OLEDs aufweisen. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine Light-Engine sein. Die Lichtquelle kann in der ersten Ausnehmung oder außerhalb der ersten Ausnehmung angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer herkömmlichen TIR-Linse;
- 2 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer TIR-Linse,
- 3 ein Vergleich einer herkömmlichen TIR-Linse mit einem Ausführungsbeispiel einer TIR-Linse;
- 4 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer TIR-Linse.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Eine TIR(Total Internal Reflektion)-Linse ist ein Kollimator, der beispielsweise mit LEDs eingesetzt wird, um das von den LEDs emittierte Licht zu kollimieren, also das Licht so austreten zu lassen, dass die entsprechenden Lichtpfade parallel oder zumindest näherungsweise parallel zueinander sind. Eine TIR-Linse ist eine Kombination von Reflektor und Linse, die aufgrund von Lichtbrechung und interner Totalreflexion funktioniert, und bei bestimmungsgemäßem Einsatz im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen erzeugt. Eine derartige TIR-Linse kann beispielsweise aus einem einstückigen Körper gebildet sein, der zumindest für das zu kollimierende Licht transparent ist. Zur Kollimation wird Licht normalerweise an einer ersten Seite in den Körper eingekoppelt, dann an einer Außenwandung des Körpers intern totalreflektiert und dann an einer zweiten Seite des Körpers aus dem Körper ausgekoppelt.
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1 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung einer herkömmlichen TIR-Linse 10. Die herkömmliche TIR-Linse 10 dient dazu, Licht 11, das ausgehend von einem näherungsweise punktförmigen Bereich in die herkömmliche TIR-Linse 10 eingekoppelt wird, zu kollimieren.
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Die herkömmliche TIR-Linse 10 weist eine erste Seite 12 auf. An der ersten Seite 12 der herkömmlichen TIR-Linse 10 ist eine erste Ausnehmung 14 ausgebildet. Die erste Ausnehmung 14 der herkömmlichen TIR-Linse 10 ist zum Teil von einer ersten Innenwandung 15 der herkömmlichen TIR-Linse 10 begrenzt. Die herkömmliche TIR-Linse 10 weist eine zweite Seite 16 auf, die von der ersten Seite 12 der herkömmlichen TIR-Linse 10 abgewandt ist. Eine Außenwandung 17 der herkömmlichen TIR-Linse 10 erstreckt sich von der ersten Seite 12 der herkömmlichen TIR-Linse 10 bis zu der zweiten Seite 16 der herkömmlichen TIR-Linse 10. Die Außenwandung 17 der herkömmlichen TIR-Linse 10 ist in einem Querschnitt bogenförmig, also mit einer Krümmung ungleich null, ausgebildet. An der zweiten Seite 16 der herkömmlichen TIR-Linse 10 ist eine zweite Ausnehmung 18 ausgebildet. Die zweite Ausnehmung 18 der herkömmlichen TIR-Linse 10 ist zum Teil von einer zweiten Innenwandung 19 der herkömmlichen TIR-Linse 10 begrenzt.
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Ausgehend von dem näherungsweise punktförmigen Bereich auf der ersten Seite 12 der herkömmlichen TIR-Linse 10 wird das Licht 11 über die erste Ausnehmung 14 und insbesondere die erste Innenwandung 15 der herkömmlichen TIR-Linse 10 in die herkömmliche TIR-Linse 10 eingekoppelt, dann an einer Innenseite der Außenwandung 17 der herkömmlichen TIR-Linse 10 intern total reflektiert und kollimiert und über die zweite Ausnehmung 18 und insbesondere die zweite Innenwandung 19 der herkömmlichen TIR-Linse 10 ausgekoppelt.
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2 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer TIR-Linse 20. die TIR-Linse 20 weist einen Körper 22 auf. Der Körper 22 kann beispielsweise einstückig, also aus einem Stück, ausgebildet sein. Der Körper 22 weist eine erste Seite 24 auf. An der ersten Seite 24 ist eine erste Ausnehmung 26 ausgebildet. Die erste Ausnehmung 26 erstreckt sich in einer Erstreckungsrichtung 28 in den Körper 22 hinein. Die erste Ausnehmung 26 ist von einer ersten Innenwandung 30 und von einer ersten Grundfläche 32 begrenzt. Die erste Grundfläche 32 begrenzt die erste Ausnehmung 26 in der Erstreckungsrichtung 28 und bildet einen Boden der ersten Ausnehmung 26. Die erste Innenwandung 30 begrenzt die erste Ausnehmung 26 in Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung 28. Die erste Grundfläche 32 ist optional halblinsenförmig ausgebildet, so dass sie entgegen der Erstreckungsrichtung 28 gewölbt ist.
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Der Körper 22 weist eine zweite Seite 34 auf, die von der ersten Seite 24 abgewandt ist. An der zweiten Seite 34 ist eine zweite Ausnehmung 36 ausgebildet. Die zweite Ausnehmung 36 erstreckt sich entgegen der Erstreckungsrichtung 28 in den Körper 22 hinein. Die zweite Ausnehmung 36 ist von einer zweiten Innenwandung 40 und von einer zweiten Grundfläche 42 begrenzt. Die zweite Grundfläche 42 begrenzt die zweite Ausnehmung 36 entgegen der Erstreckungsrichtung 28 und bildet einen Boden der zweiten Ausnehmung 36. Die zweite Innenwandung 40 begrenzt die zweite Ausnehmung 36 in Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung 28. Die zweite Grundfläche 42 ist optional halblinsenförmig ausgebildet, so dass sie in der Erstreckungsrichtung 28 gewölbt ist.
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Die TIR-Linse 20 weist eine Außenwandung 50 auf. Die Außenwandung 50 verbindet die erste Seite 24 mit der zweiten Seite 34. In anderen Worten erstreckt sich die Außenwandung 50 von der ersten Seite 24 zu der zweiten Seite 34. Die Außenwandung 50 ist im Querschnitt treppenartig ausgebildet. Insbesondere weist die Außenwandung 50 mehrere Stufen auf.Die Außenwandung 50 weist ausgehend von der ersten Seite 24 in der Erstreckungsrichtung 28 abwechselnd nacheinander setzstufenartige Bereiche 52 und trittstufenartige Bereiche 54 auf, die die Stufen bilden. Die setzstufenartigen Bereiche 52 und die trittstufenartigen Bereiche 54 sind jeweils flach, also ohne Krümmung, ausgebildet. Zwei übereinander liegende der setzstufenartigen Bereiche 52 sind über je einen trittstufenartigen Bereich 54 miteinander verbunden. Optional sind die trittstufenartigen Bereiche 54 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 28 ausgebildet. Die setzstufenartigen Bereiche 52 schließen mit der Erstreckungsrichtung 28 jeweils einen spitzen Winkel ein. Der spitze Winkel kann in einem Bereich liegen beispielsweise von 1° bis 45°, beispielsweise von 2° bis 30°, beispielsweise von 3° bis 15°.
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Der Körper 22 weist an der ersten Seite 24 ein Außenmaß auf, das größer ist als eine Öffnung der ersten Ausnehmung 26. Daher weist der Körper 22 an der ersten Seite 24 eine Bodenfläche 56 auf, die sich um die erste Ausnehmung 26 herum erstreckt. Ein Rand der ersten Ausnehmung 26 bildet, im Querschnitt gemäß 4 gesehen, eine um die erste Ausnehmung 26 umlaufende, insbesondere eckige, Kante. Alternativ dazu kann der Rand der ersten Ausnehmung 26 abgerundet sein, d. h. der Übergang der Grundfläche 56 zur ersten Innenwandung 30 ist rund ausgebildet wie aus 4 ersichtlich.
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Die TIR-Linse 20 dient dazu, Licht 60, das von einem zumindest näherungsweise punktförmigen Bereich abgestrahlt wird und an der ersten Seite 24 in den Körper 22 eingekoppelt wird, zu kollimieren und an der zweiten Seite 34 abzustrahlen. Das Licht wird dazu über die erste Ausnehmung 26, insbesondere die erste Innenwandung 30 und die erste Grundfläche 32 in den Körper 22 eingekoppelt. Somit bilden die erste Innenwandung 30 und die erste Grundfläche 32 eine Lichteintrittsfläche der TIR-Linse 20. Ein erster Teil des in den Körper 22 eingekoppelten Lichts 60 wird an den setzstufenartigen Bereichen 52 intern totalreflektiert und nachfolgend über die zweite Innenwandung 40 in die zweite Ausnehmung 36 ausgekoppelt. Somit bilden die setzstufenartigen Bereiche 52 TIR-Flächen der TIR-Linse 20. Ein zweiter Teil des in den Körper 22 eingekoppelten Lichts 60 tritt über die erste Grundfläche 32 in den Körper 22 ein und tritt direkt, also ohne intern totalreflektiert zu werden, an der zweiten Grundfläche 42 aus dem Körper 22 aus und in die zweite Ausnehmung 36 ein. Somit bilden die zweite Innenwandung 40 und die zweite Grundfläche 42 eine Lichtaustrittsfläche der TIR-Linse 20. In der zweiten Ausnehmung 36 mischen sich der erste Teil und der zweite Teil des Lichts 60. Das aus dem Körper 22 ausgekoppelte Licht 60 tritt durch eine Öffnung der zweiten Ausnehmung 36 und breitet sich entlang von Lichtpfaden aus, die zueinander und zu der Erstreckungsrichtung 28 parallel oder zumindest näherungsweise parallel sind. Dass die Lichtpfade des ausgekoppelten Lichts 60 näherungsweise parallel zueinander bzw. zu der Erstreckungsrichtung 28 sind, kann beispielsweise bedeuten, dass ein Winkel zwischen den Lichtpfaden und der Erstreckungsrichtung kleiner ist als 15°, beispielsweise kleiner als 10°, beispielsweise kleiner als 5°. Die Öffnung der zweiten Ausnehmung 36 kann auch als Apertur der TIR-Linse 20 bezeichnet werden.
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Zum Erzeugen ausgekoppelten Lichts 60, das sich ausschließlich entlang von parallelen Lichtpfaden erstreckt, können die setzstufenartigen Bereiche 52 jeweils bogenförmig, also mit einer Krümmung ungleich null, ausgebildet sein. Dabei kann der Bogen nach Innen zur Linse hin oder nach Außen von der Linse weg ausgebildet sein.
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Die TIR-Linse 20 ist rotationssymmetrisch bezüglich einer optischen Achse 62 der TIR-Linse 20 ausgebildet. Die optische Achse 62 bildet somit eine Symmetrieachse der TIR-Linse 20. Dementsprechend sind die erste Ausnehmung 26, insbesondere die erste Innenwandung 30 und die erste Grundfläche 32, die zweite Ausnehmung 36, insbesondere die zweite Innenwandung 40 und die zweite Grundfläche 42, und die Außenwandung 50, insbesondere die setzstufenartigen Bereiche 52 und die trittstufenartigen Bereiche 54 bezüglich der optischen Achse 62 rotationssymmetrisch ausgebildet. Bei der derart ausgebildeten TIR-Linse 20 ist die Apertur kreisförmig ausgebildet.
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Alternativ dazu kann die TIR-Linse 20 extrudiert ausgebildet sein. In diesem Fall könnte die in 2 gezeigte Querschnittsansicht repräsentativ für eine Vielzahl von Querschnittsansichten des Körpers 22 sein, der sich bei gleichbleibendem Querschnitt in die Zeichenebene hinein erstreckt. Bei einer derart ausgebildeten, extrudierten TIR-Linse 20 ist die Apertur rechteckig ausgebildet und es sind mindestens zwei erste Innenwandungen 30 und mindestens zwei zweite Innenwandungen 40 ausgebildet.
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Die TIR-Linse 20 kann beispielsweise in einer nicht gezeigten Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein. In der Beleuchtungsvorrichtung kann die TIR-Linse 20 im Strahlengang einer nicht gezeigten Lichtquelle angeordnet sein. Die Lichtquelle kann beispielsweise eine, zwei oder mehrere LEDs und/oder OLEDs zum Erzeugen des Lichts 60 aufweisen. Der Körper 22 ist zumindest für das Licht 60 transparent oder transluzent ausgebildet. Die TIR-Linse 20 dient dazu, das mittels der Lichtquelle erzeugte Licht 60 zu kollimieren. Die Beleuchtungsvorrichtung kann beispielsweise ein Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs, eine Leuchte zur Allgemeinbeleuchtung oder eine Taschenlampe sein.
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3 zeigt einen Vergleich der mit Bezug zu 1 erläuterten herkömmlichen TIR-Linse 10 mit dem mit Bezug zu 2 erläuterten Ausführungsbeispiel der TIR-Linse 20. Die herkömmliche TIR-Linse 10 ist in 3 mittels gestrichelter Linien dargestellt. Die TIR-Linse 20 ist in 3 mittels durchgezogener Linien dargestellt. Aus 3 ist ersichtlich, dass die setzstufenartigen Bereiche 52 der TIR-Linse 20 bezüglich der Außenwandung 17 der herkömmlichen TIR-Linse 10 nach innen versetzt sind. Die setzstufenartigen Bereiche 52 schließen jeweils einen kleineren Winkel mit der Erstreckungsrichtung 28 bzw. der optischen Achse 62 ein als die entsprechenden benachbarten Bereiche der Außenwandung 17 der herkömmlichen TIR-Linse 10, die in Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung 28 neben den setzstufenartigen Bereichen 52 liegen. Damit das eingekoppelte Licht 60 dennoch kollimiert werden kann, schließt die zweite Innenwandung 40 der TIR-Linse 20 ebenfalls einen kleineren Winkel mit der Erstreckungsrichtung 28 bzw. der optischen Achse 62 ein als die zweite Innenwandung 19 der herkömmlichen TIR-Linse 10. Daher weist die TIR-Linse 20 insbesondere im Bereich der Außenwandung 50 und im der Bereich der zweiten Ausnehmung 36 weniger Material auf als die herkömmliche TIR-Linse 10. Diesbezüglich ist 3 besonders anschaulich, da der Querschnitt der TIR-Linse 20 vollkommen innerhalb des Querschnitts der herkömmlichen TIR-Linse 10 liegt. Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass der Platzbedarf der TIR-Linse 20 geringer ist als der der herkömmlichen TIR-Linse 10. Insbesondere wird im Vergleich der Platzbedarf ausgehend von der zweiten Seite 34 hin zur ersten Seite 24 immer geringer. Die Lichtstärkeverteilung der erfindungsgemäßen Linse ist im Vergleich zur herkömmlichen Linse annähernd gleich.
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4 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer TIR-Linse 20, die beispielsweise weitgehend der mit Bezug zu 2 erläuterten TIR-Linse 20 entsprechen kann, wobei die Außenwandung 50 der mit Bezug zu 4 erläuterten TIR-Linse 20 mehr Stufen, insbesondere mehr setzstufenartige Bereiche 52 und mehr trittstufenartige Bereiche 54, als die mit Bezug zu 2 erläuterte TIR-Linse 20 aufweist. Außerdem weist bei der mit Bezug zu 4 erläuterten TIR-Linse 20 der Körper 22 einen kegelstumpfförmigen Abschnitt auf, der in die zweite Ausnehmung 36 ragt und dessen Oberfläche die zweite Grundfläche 42 bildet. Alternativ zu dem kegelstumpfförmigen Abschnitt kann der Körper 22 auch einen entsprechend angeordneten kegelförmigen Abschnitt aufweisen. Der kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Abschnitt kann beispielsweise so ausgebildet und angeordnet sein, dass er zentral in der zweiten Ausnehmung 36 angeordnet ist und/oder dass er rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse 62 ist. Ferner ist bei der mit Bezug zu 4 erläuterten TIR-Linse 20 die erste Grundfläche 32 flach ausgebildet und ein Rand der ersten Ausnehmung 26 ist rundlich ausgebildet.
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Der kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Abschnitt des Körpers 22 und insbesondere die der Oberfläche des kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Abschnitts entsprechende zweite Grundfläche 42 bewirken, dass das Licht 60, das von der Lichteintrittsfläche, insbesondere der ersten Grundfläche 32, direkt zu der zweiten Grundfläche 42 gelangt, also insbesondere nicht aufgrund interner Totalreflexion, besonders gut gemischt wird. Dies bewirkt, dass das aus der TIR-Linse 20 ausgekoppelte Licht eine besonders homogene Lichtverteilung hat, insbesondere im Fernfeld. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die verwendete Lichtquelle zwei oder mehr Leuchtmittel aufweist und/oder Leuchtmittel aufweist, die Licht unterschiedlicher Farbe emittieren.
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Die erste Innenwandung 30 und die erste Grundfläche 32 treffen an einer Kante 66 aufeinander. Optional können die erste Ausnehmung 26 und die zweite Ausnehmung 36 so ausgebildet sein, dass in der in 4 gezeigten Querschnittsansicht eine Verlängerung der zweiten Innenwandung 40 die Kante 66 schneidet.
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Die mit Bezug zu 4 erläuterte TIR-Linse 20 ist bezüglich der optischen Achse 62 rotationssymmetrisch ausgebildet. Alternativ dazu kann die mit Bezug zu 4 erläuterte TIR-Linse 20 auch extrudiert, also länglich in die Zeichenebene hinein erstreckt, wie mit Bezug zu 2 als Option erläutert, ausgebildet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann bei der mit Bezug zu 2 erläuterten TIR-Linse 20 die erste Grundfläche 32 flach ausgebildet sein und/oder die zweite Grundfläche 42 kann von einer Oberfläche eines kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Abschnitts des Körpers 22 gebildet sein. Ferner kann bei der mit Bezug zu 4 erläuterten TIR-Linse 20 die erste Grundfläche 32 und/oder die zweite Grundfläche 42 jeweils halblinsenförmig ausgebildet sein. Ferner können bei der mit Bezug zu 2 erläuterten TIR-Linse 20 oder bei der mit Bezug zu 4 erläuterten TIR-Linse 20 mehr oder weniger als die gezeigten setzstufenartigen Bereiche 52 und trittstufenartigen Bereiche 54 ausgebildet sein. Ferner kann bei der mit Bezug zu 4 erläuterten TIR-Linse 20 der Rand der ersten Ausnehmung 26 eckig ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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| herkömmliche TIR-Linse |
10 |
| herkömmlicher Körper |
11 |
| erste Seite |
12 |
| erste Ausnehmung |
14 |
| erste Innenwandung |
15 |
| zweite Seite |
16 |
| herkömmliche Außenwandung |
17 |
| zweite Ausnehmung |
18 |
| zweite Innenwandung |
19 |
| TIR-Linse |
20 |
| Körper |
22 |
| erste Seite |
24 |
| erste Ausnehmung |
26 |
| Erstreckungsrichtung |
28 |
| erste Innenwandung |
30 |
| erste Grundfläche |
32 |
| zweite Seite |
34 |
| zweite Ausnehmung |
36 |
| zweite Innenwandung |
40 |
| zweite Grundfläche |
42 |
| Außenwandung |
50 |
| setzstufenartige Bereiche |
52 |
| trittstufenartige Bereiche |
54 |
| Bodenfläche |
56 |
| Licht |
60 |
| optische Achse |
62 |
| Kante |
66 |
