DE19507901A1

DE19507901A1 - Linearer Lichtleiter

Info

Publication number: DE19507901A1
Application number: DE1995107901
Authority: DE
Inventors: Achim Dr Ing Willing
Original assignee: Dr Ing Willing GmbH
Current assignee: Dr Ing Willing GmbH
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-12

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Lichtleiter, z. B. einen Lichtleitstab, in den auf beliebige Weise einseitig oder beidseitig Licht eingestrahlt wird, wobei dieses Licht längs des Lichtleiters wieder ausgestrahlt werden soll.

Für viele Anwendungsfälle ist es zwar wünschenswert, daß Licht längs des Lichtleiters transportiert wird, jedoch ist es darüber hinaus oft erforderlich, daß in Richtung und Menge genau dosiertes Licht auch längs des Lichtleiters austritt.

Beispielsweise ließen sich dadurch lineare Lichtquellen ähnlich röhrenförmiger Leuchtstofflampen verwirklichen, unter Nutzung des Lichtes punktförmiger Lichtquellen.

Anwendungsbereiche wären unter anderem die Einspeisung in Lichtleitscheiben oder die Verwendung in Lichtleitsystemen oder als Lichtquelle für die Allgemeinbeleuchtung.

Stand der Technik

Lineare Lichtleiter sind bekannt. Dies sind beliebig lange, starre, gerade, gebogene oder flexible Stäbe mit beliebigem, zumindest abschnittsweise immer gleichem Querschnitt aus hochtransparentem Material möglichst hoher Brechzahl. Die Brechzahlen können über den Querschnitt einheitlich sein oder variieren.

Für die Funktion der Erfindung ist die Art der Einspeisung beliebig, besonders günstige Verhältnisse ergeben sich jedoch bei Lichteintrittsflächen mit glatter Oberflächenstruktur, die rechtwinklig zur Achse des Lichtleiters angeordnet sind.

Um Licht austreten zu lassen sind Lösungen bekannt, bei denen die den Lichtleiteffekt bewirkende Totalreflexion durch Beschichtung oder Strukturierung der Oberfläche, z. B. mit Prismenstrukturen senkrecht zur Achse des Lichtleiters überwunden wird.

Eine Prismenstruktur hat den Nachteil, daß Licht überwiegend unter flachen Winkeln zur Achse des Lichtleiters austritt. Vorteilhaft ist jedoch, daß Licht bei gleichzeitigem Lichtaustritt über lange Wege geleitet werden kann.

Weiterhin sind auch Lichtleiter möglich mit außenliegenden Prismenstrukturen parallel zu Lichtleiterachse.

Weiterhin sind Lösungen bekannt, bei denen das Licht durch in das Grundmaterial eingebettete Streupartikel ausgelenkt wird.

Ein besonders effektiver Lichtleiteffekt entsteht dann, wenn die Streupartikel aus nicht absorbierendem transparentem Material bestehen, die sich im Brechungsindex nur gering vom Grundmaterial des Lichtleiters unterscheiden.

Derartige Materialien sind beispielsweise in der Patentanmeldung DEU 93 18 362 beschrieben.

Die Lichtstrahlen werden von jedem Streupartikel nur gering abgelenkt, so daß erst nach vielfachen Brechungen Lichtstrahlen unter flacheren Winkeln als der Grenzwinkel der Totalreflexion ε_Grenz auf die Wandung eines Lichtleiters treffen. Dies hat wiederum zur Folge, daß eine Lichtleitung zwar über weite Entfernungen erfolgt, die Lichtabstrahlung aber überwiegend unter flachen Winkeln erfolgt.

Grundsätzlich können die der Erfindung zugrunde liegenden Lichtleiter kompakt oder hohl sein. Auch können sie aus transparentem Material bestehen aus dem Licht durch eine streifenweise Beschichtung ausgelenkt wird.

Erfindungsaufgabe

Erfindungsaufgabe ist es, eine Anordnung zu finden, mit deren Hilfe die Lichtleitfunktion möglichst unterstützt und mit der längs des translatorischen Verlaufs der Lichtleiteranordnung Licht ausgeblendet werden kann, mit möglichst hohen Anteilen quer zur Lichtleiterachse.

Lösung

Zur Lösung der Erfindungsaufgabe werden die oben beschriebenen Lichtleiter ummantelt, wobei zwischen Ummantelung und Lichtleiter eine optische Trennung besteht. Die Ummantelung kann sich erfindungsgemäß auf einen oder mehrere Lichtleiter beziehen. Das Material der Ummantelung sollte möglichst kein Licht absorbieren, dies ist beispielsweise bei der Verwendung von PMMA, z. B. Plexiglas der Fall. Erfindungsgemäß kann die Ummantelung gleichmäßig über den gesamten Umfang des Lichtleiters erfolgen. Sie kann aber in Bereichen in denen kein Lichtaustritt erfolgen soll lichtundurchlässig, diffus reflektierend oder gerichtet reflektierend ausgeführt sein. Auch hier gilt die Bedingung, daß das verwendete Material möglichst verlustlos reflektieren sollte. Wenn die Ummantelung zumindest im Bereich des Lichtaustritts aus transparentem, lichtstreuenden Material besteht wird das aus dem Lichtleiter austretende Licht umsortiert und die unter flachen Winkeln austretenden hohen Leuchtdichten werden transformiert in höhere Leuchtdichten senkrecht zur Lichtleiterachse. Besonders interessant ist eine Ummantelung mit einer Lichtleitfolie mit prismatischen Riefen längs der Lichtleiterachse oder mit außenverzahnten Röhren ähnlicher Geometrie.

In diesem Falle werden flach austretende Lichtstrahlen zumindest teilweise total reflektiert, während steiler austretende Lichtstrahlen durch den Mantel hindurchgelassen werden. Kombinationen beider Materialien ist sind ebenfalls möglich. Das Material der Ummantelung kann erfindungsgemäß weitere günstige Eigenschaften besitzen. So kann die Ummantelung fluoreszierend oder phosphoreszierend sein. In Sonderfällen ist auch eine farbige Ummantelung möglich.

Der Lichtleiter kann dabei gerade oder gebogen, starr oder flexibel sein. Sein Querschnitt kann rund, oval, eckig oder von sonstiger beliebiger Form sein.

Je nach Ausführung kann Licht in alle Richtungen oder in ausgewählte Richtungen abgestrahlt werden.

Das austretende Licht kann durch brechende oder reflektierende Optiken geformt werden.

Alle erwähnten Maßnahmen können auch an einem hohlen Lichtleiter vorgenommen werden, der entsprechend ummantelt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Bilder 4-6 erläutert; mit Bild 1 und 2 als Stand der Technik.

Hierbei wird folgendes gezeigt:

Bild 1: Stand der Technik eines Lichtleiters mit Volumenstreuelementen,

Bild 2: Lichtleiter mit vorwärtsstreuenden Volumenstreuelementen,

Bild 3: Lichtleiter mit prismatischen Ausblendelementen an der Oberfläche,

Bild 4: Lichtleiter mit Ummantelung aus lichtstreuendem Material,

Bild 5: Lichtleiter mit Ummantelung aus lichtleitendem prismatischen Material,

Bild 6: Lichtleiter mit Lichtaustritt in einem Teil des Umfanges.

Bild 1 zeigt den Stand der Technik eines Lichtleiters 1 mit Volumenstreuelementen. Die lichteinspeisende Optik 4 speist in die Lichteintrittsfläche 2 des Lichtleiters 1 ein. Dieser enthält Streuelemente S an denen ein Lichtstrahl L diffus reflektiert wird und sich in die Lichtstrahlen L1 bis L8 aufteilt. Die Lichtstrahlen L1 bis L6 gelangen in den Außenraum, während L7 und L8 total reflektiert werden und im Inneren des Lichtleiters verbleiben. Man kann erkennen, daß ein relativ großer Lichtanteil den Lichtleiter verläßt. Das ferne Ende des Lichtleiters 3 könnte offen oder verspiegelt sein um Licht im Inneren zu halten.

Bild 2 zeigt einen Lichtleiter 1 aus vorwärtsstreuendem Material. Man kann erkennen, daß ein größerer Lichtanteil transportiert wird, da ein Lichtstrahl L an einem Streuelement S nur vorwärts in die Richtungen der Lichtstrahlen L1 bis L4 transportiert wird. Entsprechend treten die Lichtstrahlen L1 und L2 unter flachen Winkeln aus dem Lichtleiter.

Bild 3 zeigt einen Lichtleiter 1 mit prismatischen Ausbuchtungen 5. Lichtstrahlen L1 und L2 die auf entsprechend schräge Teile der prismatischen Ausbuchtungen treffen gelangen unter flachen Winkeln in den Außenraum.

Bild 4 zeigt die erfindungsgemäße Ummantelung 6 eines Lichtleiters. Ein Lichtstrahl L wird an Streupartikeln oder an prismatischen Ausbuchtungen in der Richtung so ausgelenkt, daß Teilstrahlen in den Außenraum gelangen. Diese werden durch die lichtstreuende Ummantelung in die Lichtbündel L1 und L2 aufgefächert. Ein Teil des Lichtes wird in den Lichtleiter in Form der Lichtbündel L1′ und L2′ reflektiert.

Bild 5 zeigt eine andere Form der Ummantelung 7 des Lichtleiters. Durch die Außenverzahnung 8 der Ummantelung wird ein großer Anteil des unter flachen Winkeln auftreffenden Lichtes weitergeleitet. Nur ein geringer Teil gelangt unter steilen Winkeln in den Außenraum.

Bild 6 zeigt eine Aufteilung des Mantels 6 in einen lichtundurchlässigen Teil 6.1 und einen transparenten Teil 6.2. Durch diese Maßnahme tritt Licht nur einseitig aus. Die Materialien 6.1 und 6.2 sollten Licht möglichst wenig absorbieren. Das Material 6.1 könnte diffus oder gerichtet reflektieren, je nach gewünschten Effekten oder aus einem Material mit prismatischen Riefen parallel zur Achse des Lichtleiters, besonders vorteilhaft sind Prismen, die in einem Winkel von ca. 90° aneinander stoßen. Das Material 6.2 kann klar oder diffus transmittierend sein, oder aus prismatischem Material bestehen.

Zwischen Ummantelung und Lichtleitern besteht immer ein optischer Abstand. Die Ummantelung kann fluoreszierende oder phosphoreszierende Anteile haben oder in Sonderfällen auch farbig sein.

Der Querschnitt der Lichtleiteranordnung kann verschiedene Formen haben:
Kreisrund, oval, ellipsoid, rechteckig, quadratisch, dreieckig, vieleckig oder mit sternförmigen Zacken.

Im übrigen entspricht die erfinderische Ausbildung den Ansprüchen.

Claims

1. Lineare Lichtleiteranordnung bestehend aus einem oder mehreren Lichtleitern, die längs ihrer translatorischen Ausbreitung Licht abstrahlen und einer Ummantelung dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung im Abstand, mindestens optisch getrennt vom Lichtleiter angeordnet ist und das vom Lichtleiter empfangene Licht mindestens über einen Teil des Umfanges der Lichtleiteranordnung teilweise in den/die Lichtleiter zurück reflektiert und zum anderen Teil in den Außenraum transmittiert wird.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ummantelung aus PMMA z. B. Plexiglas.

3. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ummantelung aus diffus transmittierendem Material.

4. Lichtleiter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ummantelung mit einem Transmissionsanteil von ca. 50%.

5. Lichtleiter nach Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch eine Ummantelung aus transparentem Material mit prismatischer Strukturierung auf der Innen- oder Außenseite.

6. Lichtleiteranordnung nach Ansprüchen 5, gekennzeichnet durch translatorische Prismen parallel zur Lichtleiterachse.

7. Lichtleiteranordnung nach Ansprüchen 6, gekennzeichnet durch translatorische Prismen, die unter Winkeln von ca. 90° aneinanderstoßen.

8. Lichtleiteranordnung nach Ansprüchen 6 bis 7, gekennzeichnet durch außenliegende Prismen.

9. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch unterschiedliche Materialien über den Umfang.

10. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ummantelung lichtundurchlässig gerichtet oder diffus reflektierend ist.

11. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ummantelung lichtundurchlässig gerichtet oder diffus reflektierend ist.

12. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ummantelung lichtundurchlässig gerichtet oder diffus reflektierend ist.

13. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ummantelung lichtundurchlässig gerichtet oder diffus reflektierend ist.

14. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung fluoreszierend ist.

15. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung phosphoreszieren ist.

16. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Lichtleiter im Volumen streuend sind.

17. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Lichtleiter im Volumen vorwärtsstreuend ausgebildet sind.

18. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Lichtleiter mit prismatischer Ausbildung an der Oberfläche versehen sind.

19. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Lichtleiter kompakt sind.

20. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Lichtleiter hohl sind.

21. Lichtleiteranordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus einer gewickeiten Folie besteht.