DE102019133240A1

DE102019133240A1 - Optisch wirksame Abdeckung für eine Lichtquelle

Info

Publication number: DE102019133240A1
Application number: DE102019133240.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp HENRICI; Olaf Baumeister; André Hering
Original assignee: BJB GmbH and Co KG
Current assignee: BJB GmbH and Co KG
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US20210172580A1; US11054107B2; CN113007668A; EP3832198A1

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist eine Abdeckung für eine Lichtquelle einer Leuchte oder einer Lampe zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik des Lichtes der Lichtquelle, die insbesondere in Form von einer oder mehrerer LED ausgebildet ist, mit einer der Lichtquelle zugwandten Lichteintrittsseite, mit einer Primäroptik auf der Lichteintrittsseite der Abdeckung, welche das Licht für den Austritt aus der Abdeckung richtet, mit einer der Lichtquelle abgewandten Lichtaustrittsseite, mit einem strukturierten Außenflächenbereich auf der Lichtaustrittseite der Abdeckung, dessen strukturschaffende Elemente Sekundäroptiken bilden, die eine den Lichtaustritt korrigierende Wirkung haben, wobei jede Sekundäroptik eine konvex gekrümmte Oberfläche aufweist und der strukturierte Außenflächenbereich von mehreren Sekundäroptiken gebildet ist, deren konvex gekrümmten Oberflächen unmittelbar aneinander angrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für eine Lichtquelle einer Leuchte oder einer Lampe zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik des Lichtes der Lichtquelle, die insbesondere in Form von einer oder mehrerer LED ausgebildet ist,

- mit einer der Lichtquelle zugwandten Lichteintrittsseite,
- mit einer Primäroptik auf der Lichteintrittsseite der Abdeckung, welche das Licht für den Austritt aus der Abdeckung richtet,
- mit einer der Lichtquelle abgewandten Lichtaustrittsseite,
- mit einem strukturierten Außenflächenbereich auf der Lichtaustrittseite der Abdeckung, dessen strukturschaffende Elemente Sekundäroptiken bilden, die eine den Lichtaustritt korrigierende Wirkung haben.

Solche Abdeckungen werden aufgrund Ihrer Eigenschaft, das aus der Lichtquelle austretende Licht zu beeinflussen, insbesondere gezielt zu richten, auch allgemein als Optiken bezeichnet.
Eine gattungsgemäße Abdeckung bzw. Optik ist beispielsweise in WO2014/184422 offenbart. Die dortige Abdeckung bzw. Optik verfügt über eine Lichteintrittsseite und eine Lichtaustrittsseite. Die Lichteintrittsseite ist mit Primäroptiken versehen, die das aus der Lichtquelle austretende Licht in seiner Abstrahlcharakteristik verändern und insbesondere die Austrittsrichtung des Lichtes aus der Abdeckung beeinflussen. Die auf der Lichteintrittsseite vorgesehenen Primäroptiken sorgen in der Regel dafür, das von der Lichtquelle emittierte Licht zu bündeln; selten kommt es vor, dass die auf der Lichteintrittsseite vorhandenen optischen Strukturen dazu genutzt werden, das Licht zu streuen.
Auf der Lichtaustrittsseite bildet der Außenflächenbereich der in WO2014/184422 dargestellten Abdeckung neben einem linsenartigen Zentralbereich mehrere, kegelstumpfartige Elemente aus, die als Sekundäroptiken dienen und durch ebene Flächenbereich voneinander beabstandet sind. Die Sekundäroptiken verteilen sich in konzentrischen Ringen um den zentralen, linsenartigen Bereich und dienen insbesondere dazu, Streulicht zu vermindern.
Das die Abdeckung verlassende Streulicht ist für zwei unerwünschte Effekte verantwortlich. Zum einen verursacht das Streulicht eine Blendung bei Personen, die in Richtung der Lichtquelle schauen, weiter kommt es durch Lichtbrechung zu unerwünschten Farbsäumen bzw. Farbabweichungen auf angestrahlten Flächen.
Problematische Streulichtstrahlungen entstehen insbesondere in denjenigen Bereichen der Abdeckung, in welchen auf der Lichteintrittsseite Primäroptiken durch geometrische Strukturen geschaffen worden sind, weshalb die WO2014/184422 insbesondere in den mit den Primäroptiken korrespondierenden, lichtaustrittsseitigen Außenflächenbereichen die erwähnten Sekundäroptiken in Form von etwa kegelstumpfartigen Objekten vorsieht.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die dort vorgestellten, als Sekundäroptiken dienenden Strukturen nicht ausreichend sind, um sowohl die Blendwirkung als auch Farbsäume sicher zu vermeiden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine optisch wirksame Außenfläche der Lichtaustrittsseite für gattungsgemäße Abdeckungen zu schaffen, die wirksam dem Entstehen von Farbsäumen und/oder blendender Streulichtstrahlung entgegenwirkt.
Gelöst wird die Aufgabe der Erfindung von einer Abdeckung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere mit dessen kennzeichnenden Merkmalen, wonach jede Sekundäroptik eine konvex gekrümmte Oberfläche aufweist und der strukturierte Außenflächenbereich von mehreren Sekundäroptiken gebildet ist, deren konvex gekrümmten Oberflächen unmittelbar aneinander angrenzen.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Abdeckung liegt darin, dass ebene Flächenbereiche auf der Lichtaustrittsseite zwischen den Sekundäroptiken, welche den strukturierten Außenflächenbereich bilden und streulichtmindernd wirken, fehlen. Es existiert somit im strukturierten Außenflächenbereich der Abdeckung kein Flächenabschnitt, der nicht mit einer Sekundäroptik besetzt ist. Letztlich wird so das blendende und Farbsäume erzeugende Streulicht nahezu vollständig vermieden.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher jede Sekundäroptik eine Kappe eines Ellipsoids, eines Ovoids oder einer Kugel ist, insbesondere wenn die Sekundäroptiken des strukturierten Außenflächenbereiches identisch sind.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung der geometrischen Elemente besteht dann, wenn die Mittelpunkte dreier aneinander angrenzender Sekundäroptiken die Ecken eines Dreiecks bilden.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Schnittfläche der jeweiligen Kappe eine mehreckige Grundform aufweist, woraus eine mehreckige Außenkontur der Kappe im Bereich des Schnittflächenrandes folgt.
Eine konkrete Ausführungsform sieht vor, dass jede Sekundäroptik (17) eine Kugelkappe mit einem sphärischen Radius R und einer hexagonalen Schnittfläche ist, wobei die Mittelpunkte der hexagonalen Schnittflächen dreier aneinander angrenzender Kugelkappen ein gleichseitiges Dreieck mit einer Höhe B und einer Seitenlänge A bilden.
Eine konkrete Ausführungsform sieht vor, dass der Radius R ein Maß von 1,5 mm hat. Der Radius kann um bis zu 30% geringer oder u bis zu 30% größer als 1,5 mm ausfallen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Seitenlänge A ein Maß von 0,52 mm hat, wobei dieses in einem Korridor von -30 % bis +30 % variiert werden kann, die Dreieckshöhe B ein Maß von 0,6 mm hat, wobei dieses Maß in einem Korridor von -30 % bis +30 % variiert werden kann, wobei eine jede prozentuale Maßänderung der Seitenlänge A eine entsprechende und betragsmäßig identische Maßänderung der Dreieckshöhe B bedingt.
Insgesamt lässt sich bei einem Radius R von 1,5 mm eine Variation der Seitenlänge A und der Dreieckshöhe B von +/- 30 % vornehmen, ohne dass sich die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung wesentlich verschlechtern. Zusätzlich kann auch der Radius von 1,5 mm um bis zu 30% kleiner oder um bis zu 30% größer ausfallen.
Weitere Vorteile der Erfindung sowie ein besseres Verständnis derselben ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

1: eine erfindungsgemäße Abdeckung in Ansicht von oben,
2: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Abdeckung gemäß Schnittlinie F-F in 1,
3: eine Detailansicht gemäß Ausschnittskreis C in 2,
4: eine Detailansicht gemäß Ausschnittsfeld D in 1,
5: eine Detailansicht gemäß Ausschnittskreis E in 4.

In den Figuren ist eine erfindungsgemäße Abdeckung insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen.
Die Abdeckung 10 ist in 1 in Ansicht von oben, also in Ansicht auf die Lichtaustrittsseite 11 gezeigt, bei welcher es sich folglich um die einer nicht dargestellten Lichtquelle abgewandte Seite der Abdeckung 10 handelt. Zur besseren Übersicht wurde auf die Darstellung strukturierter Außenflächenbereiche in 1 verzichtet. Die Abdeckung 10 besteht aus einem transluzenten Material, insbesondere aus einem transluzenten Kunststoff, weshalb die auf der Lichteintrittsseite 12 angeordneten Primäroptiken 13 gut erkennbar sind. Die Lichteintrittsseite 12 ist die der nicht dargestellten Lichtquelle zugewandte Seite der Abdeckung 10.
Wie aus 2, der Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie F-F in 1 ersichtlich ist, sind die Primäroptiken von der Abdeckung selbst ausgebildet und zwar durch einen Kunststoffspritzgießprozess in materialeinheitlich-stoffschlüssiger Form. Ein Teil der in 2 dargestellten Primäroptiken ist geschnitten. Deshalb lässt sich erkennen, dass jede Primäroptik 13 eine Ausnehmung 14 aufweist, in welcher LEDs einer nicht dargestellten Lichtquelle einsitzen. Da die Primäroptiken 13 die LEDs überfangen, wird ein Lichtaustritt der LEDs seitlich an der Primäroptik 13 vorbei auf ein absolutes Minimum reduziert.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass nahezu alles von der Lichtquelle bzw. der als Lichtquelle dienenden LED emittierte Licht durch die Primäroptik gesammelt und für den Austritt aus der Abdeckung in gewünschter Form gerichtet wird. Hierzu sind in die Primäroptik je nach zu erzielendem Effekt lichtbrechende oder lichtsammelnde Strukturen wie Linsen oder Prismen eingeformt, auf welche hier jedoch nicht näher einzugehen ist. Festzuhalten ist lediglich, dass je nach gewünschtem Abstrahleffekt auf der Lichtaustrittsseite 11 der Abdeckung 10 geeignete optische Strukturen für die Ausbildung der Primäroptik 13 gewählt werden.
Im Übrigen sind auf der Lichteintrittsseite der Abdeckung 10 Befestigungs- und/oder Zentrierorgane 15 ausgebildet. Mittels dieser Bauteile wird die Abdeckung 10 relativ zu einer mit Lichtquellen, insbesondere LEDs bestückten Platine ausgerichtet und an dieser oder einem zusätzlichem Leuchtenbauteil befestigt.
4 zeigt den Ausschnitt D aus 1. Hierbei handelt es sich wiederum um eine Ansicht auf die Lichtaustrittsseite 11 der Abdeckung 10. Gegenüber der 1 ist hier jedoch die strukturierte Außenfläche der Abdeckung 10 dargestellt.
Bei der hier dargestellten Abdeckung 10 ist mit Ausnahme eines Randbereiches 16 die gesamte Außenfläche der Lichtaustrittsseite 11 mit einer Struktur versehen. Es ist jedoch für andere Anwendungszwecke durchaus ausreichend, wenn die nachfolgende beschriebene Struktur lediglich im Bereich der Primäroptiken 13 auf der Lichtaustrittsseite 11 ausgebildet ist.
Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine im Wesentlichen wabenartige Struktur aus einzelnen geometrischen Elementen. Hierzu zeigt 5 eine Ansicht gemäß Ausschnittskreis E in 4, 3 zeigt eine Detailansicht gemäß Ausschnittskreis C in 2.
In der hier dargestellten, konkreten Umsetzung der Erfindung ist die Struktur von einer Vielzahl von Sekundäroptiken 17 gebildet, die jeweils eine konvex gekrümmte, optisch wirksame Oberfläche 18 aufweisen. Es handelt sich um Kugelkappen bzw. Kugelkalotten 19, die unmittelbar aneinander angrenzen. Ebene Flächenbereiche zwischen den Sekundäroptiken 17 werden bewusst vermieden. Auf diese Weise existiert im Bereich der strukturierten Außenfläche der Lichtaustrittsseite 11 - mit Ausnahme des Randbereiches 16 - kein Flächenabschnitt ohne eine das Licht beeinflussende Sekundäroptik 17.
Eine Strukturierung der Randbereiche 16 ist nicht erforderlich, da beim konkreten Ausführungsbeispiel dort kein von den Lichtquellen emittiertes Licht austritt.
5 zeigt, dass die Schnittflächen der Kugelkappen 19 hexagonal ausgebildet sind, weshalb die Außenkontur der Kugelkappen 19 im Bereich der gegenseitigen Anordnung ebenfalls eine hexagonale Form haben. Diese wabenartige Form ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, sekundäroptikfreie Bereiche auf der Lichtaustrittsseite 11 der Abdeckung 10 zu vermeiden.
Senkrecht oberhalb der Mittelpunkte M der hexagonalen Flächen bildet die höchste Erhebung einer jeden Sekundäroptik 17 gleichsam den Pol oder Scheitelpunkt einer jeden Kugelkappe 19. Ein jeder Mittelpunkt M bzw. Pol M einer jeden Sekundäroptik 17 ist durch ein Kreuz in 5 markiert.
Die Pole M dreier aneinander angrenzender Sekundäroptiken 17 bilden die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks mit einer Schenkellänge A sowie einer Höhe B. Die Schenkellänge A entspricht gleichsam dem Abstand zweier gegenüberliegender Hexagonseiten. Die Dreieckshöhe B entspricht gleichsam dem Abstand zweier diametral gegenüberliegender Hexagonecken .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Schenkellänge A von 0,6 mm bei einer Dreieckshöhe B von 0,52 mm und einem sphärischen Radius von 1,5 mm vorgesehen.
Bei einem sphärischen Radius von 1,5 mm bietet die Dreieckshöhe B von 0,52 mm und die Schenkellänge A von 0,6 mm das beste Ergebnis. Eine Veränderung der Maße von A und B um +/- 30 % ist jedoch ohne wesentliche Abstriche akzeptabel. Deshalb können die Maße der Schenkellänge A zwischen 0,36 mm und 0,68 mm und die der Dreieckshöhe B zwischen 0,42 mm und 0,78 mm variieren. Dabei bedingt eine prozentuale Vergrößerung oder Verminderung des Maßes A immer eine entsprechende und betragsmäßig identische Änderung des Maßes B.
Die Sekundäroptiken 17, welche die strukturierte Außenfläche der Lichtaustrittsseite 11 der Abdeckung 10 bilden, dienen dazu, den von der Primäroptik 13 vorgerichteten Lichtaustritt aus der Lichtaustrittsseite 11 einer abschließenden Korrektur zu unterziehen. Mit der erfindungsgemäßen Abdeckung werden Farbsäume auf angestrahlten Flächen sowie blendendes Streulicht deutlich reduziert.
Abweichende Ausbildungen der Sekundäroptiken 17, beispielsweise Ellipsoidkappen oder Ovoidkappen sowie abweichende Konturformen der Schnittflächen sind denkbar, um den vorteilhaften Effekt der Erfindung zu erzielen.
Bezugszeichenliste

10: Abdeckung
11: Lichtaustrittsseite
12: Lichteintrittsseite
13: Primäroptik
14: Ausnehmung
15: Befestigungs- und/oder Zentrierorgan
16: Randbereiche
17: Sekundäroptik
18: konvexe Oberfläche
19: Kugelkappe / Kugelkalotte
A: Schenkellänge
B: Dreieckshöhe
R: Radius
M: Mittelpunkt / Pol

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/184422 [0003, 0004, 0006]

Claims

Abdeckung (10) für eine Lichtquelle einer Leuchte oder einer Lampe zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik des Lichtes der Lichtquelle, die insbesondere in Form von einer oder mehrerer LED ausgebildet ist, - mit einer der Lichtquelle zugwandten Lichteintrittsseite (12), - mit einer Primäroptik (13) auf der Lichteintrittsseite (12) der Abdeckung (10), welche das Licht für den Austritt aus der Abdeckung (10) richtet, - mit einer der Lichtquelle abgewandten Lichtaustrittsseite (11), - mit einem strukturierten Außenflächenbereich auf der Lichtaustrittseite (11) der Abdeckung (10), dessen strukturschaffende Elemente Sekundäroptiken (17) bilden, die eine den Lichtaustritt korrigierende Wirkung haben, dadurch gekennzeichnet, dass - jede Sekundäroptik (17) eine konvex gekrümmte Oberfläche (18) aufweist - der strukturierte Außenflächenbereich von mehreren Sekundäroptiken (17) gebildet ist, deren konvex gekrümmten Oberflächen (18) unmittelbar aneinander angrenzen.
Abdeckung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sekundäroptik (17) eine Kappe (19) eines Ellipsoids, eines Ovoids oder einer Kugel ist.
Abdeckung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptiken (17) des strukturierten Außenflächenbereiches identisch sind.
Abdeckung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte dreier aneinander angrenzender Sekundäroptiken (17) die Ecken eines Dreiecks bilden.
Abdeckung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittfläche der jeweiligen Kappe (19) eine mehreckige Grundform aufweist.
Abdeckung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sekundäroptik (17) eine Kugelkappe (19) mit einem sphärischen Radius R und einer hexagonalen Schnittfläche ist, wobei die Mittelpunkte der hexagonalen Schnittflächen dreier aneinander angrenzender Kugelkappen (19) ein gleichseitiges Dreieck mit einer Höhe B und einer Seitenlänge A bilden.
Abdeckung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R ein Maß von 1,5 mm hat, wobei dieses Maß in einem Korridor von -30% bis +30% variiert werden kann.
Abdeckung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Seitenlänge A ein Maß von 0,52 mm hat, wobei dieses in einem Korridor von -30 % bis +30 % variiert werden kann, - die Dreieckshöhe B ein Maß von 0,6 mm hat, wobei dieses Maß in einem Korridor von -30 % bis +30 % variiert werden kann, - wobei eine jede prozentuale Maßänderung der Seitenlänge A eine entsprechende und betragsmäßig identische Maßänderung der Dreieckshöhe B bedingt.