DE202008015402U1 - Optical light scattering unit - Google Patents

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Abstract

Optische Lichtstreueinheit, mit einem transparenten Streukörper (1), und mit wenigstens einer Lichtquelle (2), deren emittiertes Licht (4) in den Streukörper (1) eingekoppelt und bei seinem Durchtritt an im Innern vorhandenen Inhomogenitäten (3) gestreut wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (3) als durch elektromagnetische Strahlung in den Streukörper (1) eingebrachte Suboberflächenmarkierungen ausgebildet sind.optical Light scattering unit, with a transparent diffuser (1), and with at least one light source (2) whose emitted Light (4) coupled into the scattering body (1) and at his Passage of inhomogeneities in the interior (3) is scattered, characterized in that the inhomogeneities (3) as by electromagnetic radiation in the scattering body (1) formed sub-surface markers formed are.

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Description

Die Erfindung betrifft eine optische Lichtstreueinheit, mit einem transparenten Streukörper, und mit wenigstens einer Lichtquelle, deren emittiertes Licht in den Streukörper eingekoppelt und bei seinem Durchtritt an im Innern vorhandenen Inhomogenitäten gestreut wird.The The invention relates to an optical light scattering unit, with a transparent Scattering body, and with at least one light source whose emitted light is coupled into the scattering body and at its passage to inhomogeneities existing in the interior is scattered.

Im Rahmen der Erfindung findet überwiegend eine Streuung in Vorwärtsrichtung statt, bei welcher die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen an den einzelnen im Streukörper vorhandenen Streuzentren unter einem Winkel von nicht mehr als 90° abgelenkt werden. Selbstverständlich kann es auch zu einer Streuung in Rückwärtsrichtung kommen. Meistens ist jedoch die Intensität des gestreuten Lichtes in Vorwärtsrichtung größer als die in Intensität des gestreuten Lichtes in Rückwärtsrichtung.in the Scope of the invention is predominantly a scattering in Forward direction, in which the light source emitted light rays at the individual in the scattering body existing scattering centers are deflected at an angle of not more than 90 ° become. Of course it can also lead to a scatter come in reverse direction. Mostly, however the intensity of the scattered light in the forward direction greater than that in intensity of the scattered Light in reverse direction.

Optische Lichtstreueinheiten des eingangs beschriebenen Aufbaus sind in großem Umfang aus der Praxis bekannt und werden beispielsweise im Rahmen der DE 101 53 380 A1 beschrieben. Hier geht es um eine Leuchte mit einer lichtdurchlässigen Schreibe, welche mit einer Mikrostruktur ausgerüstet ist.Optical light scattering units of the construction described above are widely known in practice and are used, for example, in the context of DE 101 53 380 A1 described. This is about a lamp with a translucent writing, which is equipped with a microstructure.

Eine ähnliche Struktur beschreibt die DE 10 2004 049 260 A1 , um Behälter oder allgemein Gebinde zu beleuchten und ihr Bild mit Hilfe einer oder mehrerer Kameras aufzunehmen. Durch die DE 10 2006 061 164 A1 ist eine lichtemittierende Vorrichtung bekannt geworden, bei welcher eine Strahlungsquelle mit einem gekrümmten Lichtleitkörper zusammenwirkt. In den Lichtleitkörper wird die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung eingekoppelt und in einem Winkel zu seiner Längsachse ausgekoppelt.A similar structure describes the DE 10 2004 049 260 A1 to illuminate containers or general containers and take their picture using one or more cameras. By the DE 10 2006 061 164 A1 a light-emitting device has become known, in which a radiation source cooperates with a curved light guide body. The radiation emitted by the radiation source is coupled into the light guide body and coupled out at an angle to its longitudinal axis.

Schlussendlich beschäftigt sich die DE 101 23 263 B4 mit einem Lichtleitsystem für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges. Dabei geht es zusammenfassend um eine großflächige, homogene und blendfreie Aufhellung eines Fahrzeugdaches im Überkopfbereich von Fahrzeuginsassen. Zu diesem Zweck ist neben der eigentlichen Lichtquelle ein Lichtleiter zur Lichtführung vorgesehen. Der Lichtleiter ist flächig ausgebildet, wobei die Einkopplung des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen erfolgt. Die Auskopplung des Lichts wird durch Aufrauhung, Prägung oder Bohrung mit bestimmter Struktur erreicht.In the end, that is what the DE 101 23 263 B4 with a light guide system for the interior of a motor vehicle. It is all about a large-scale, homogeneous and glare-free brightening of a vehicle roof in the overhead area of vehicle occupants. For this purpose, an optical fiber for guiding light is provided in addition to the actual light source. The light guide is formed flat, wherein the coupling of the light takes place at one or more side surfaces. The extraction of the light is achieved by roughening, embossing or drilling with a certain structure.

Der Stand der Technik kann nicht in allen Punkten überzeugen. Denn die Anordnung und Einbringung der Streuzentren im Innern des Streukörpers erfordert oftmals einen erhöhten mechanischen Aufwand und lässt sich nur mit großer Mühe gezielt und mit bestimmter Anordnung und Ausrichtung realisieren. Hier setzt die Erfindung ein.Of the The state of the art can not convince in all respects. Because the arrangement and introduction of the scattering centers in the interior of the Stray body often requires an increased mechanical effort and can only be with great Effortless and with particular arrangement and alignment realize. This is where the invention starts.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige optische Lichtstreueinheit so weiter zu entwickeln, dass die Streuzentren in den transparenten Streukörper einfach und definiert eingebracht werden können.Of the Invention is the technical problem underlying such optical light scattering unit to develop so that the scattering centers in the transparent diffuser simple and defined can be introduced.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße optische Lichtstreueinheit dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren im transparenten Streukörper als durch elektromagnetische Strahlung eingebrachte Suboberflächenmarkierungen ausgebildet sind.to Solution of this technical problem is a generic optical light scattering unit characterized in that the inhomogeneities or scattering centers in the transparent scattering body than by electromagnetic radiation introduced sub-surface markers are formed.

Im Rahmen der Erfindung werden also die Inhomogenitäten im Streukörper nicht durch mechanische oder chemische Behandlung des Streukörpers im Innern desselben definiert, sondern vielmehr dadurch, dass mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung unter die Oberfläche Markierungen, so genannte Suboberflächenmarkierungen oder allgemein Strukturen bzw. Suboberflächenstrukturen, eingebracht werden. Hierbei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass sich mit Hilfe der in den Streukörper eingekoppelten elektromagnetischen Strahlung Energiedichten von mehreren J/cm2 erzielen lassen, so dass am Ort des Brennpunktes Molekülbindungen dauerhaft zerstört und im Allgemeinen ein Plasma erzeugt wird.In the context of the invention, therefore, the inhomogeneities in the scattering body are not defined by mechanical or chemical treatment of the scattering body in the interior thereof, but rather by introducing markings, so-called sub-surface markings or generally structures or sub-surface structures, with the aid of electromagnetic radiation under the surface. In this case, the invention is based on the finding that energy densities of several J / cm 2 can be achieved with the aid of the electromagnetic radiation coupled into the scatterer so that molecular bonds are permanently destroyed at the location of the focal point and a plasma is generally generated.

Als Folge hiervon finden sich in dem Material mikroskopische innere Strukturen in Gestalt von beispielsweise Risssternchen, die sich hinsichtlich Gestalt, Größe und Lage in der Tiefe des Volumens im Wesentlichen durch die Parameter Leistung der elektromagnetischen Strahlung und Brennweite einer zugehörigen Optik zur Fokussierung verändern lassen. Das ist grundsätzlich in Verbindung mit dem Einschreiben und Auslesen von Informationen in transparente Materialkörper bekannt, wie die DD 237 972 A3 , die US 3 715 734 oder auch die DE 691 25 378 T2 belegen. Ergänzend sei auf die DE 199 25 801 B4 Bezug genommen, die ein Verfahren zur regelbaren Veränderung der Punkgröße bei der Laser-Innengravur beschreibt und ebenso die US 5 637 244 , welche verschiedene im Innern eines transparenten Materialkörpers anbringbare dreidimensionale Strukturen bildlich darstellt.As a result thereof, microscopic internal structures in the form of, for example, crack stars, which can be changed in terms of shape, size and position in the depth of the volume essentially by the parameters power of the electromagnetic radiation and focal length of an associated optics for focusing. This is basically known in connection with the writing and reading of information in transparent material body, like the DD 237 972 A3 , the US 3,715,734 or even the DE 691 25 378 T2 occupy. In addition to that DE 199 25 801 B4 Reference is made, which describes a method for controllable change of the spot size in the laser interior engraving and also the US 5 637 244 which depicts various three-dimensional structures attachable within a transparent body of material.

Die bisherigen Dokumente zur Laserinnengravur beschäftigen sich entweder damit, Informationen unverlierbar in den transparenten Materialkörper einzubringen oder allgemein dreidimensionale Strukturen zu definieren. Diese an sich bekannten Vorgehensweisen werden jedoch nicht gezielt dazu eingesetzt, Inhomogenitäten bzw. Streuzentren in einen Streukörper im Zusammenhang mit einer optischen Lichtstreueinheit einzubringen. In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren als Lasermarkierungen ausgestaltet sind, also mit Hilfe eines Lasers in den transparenten Streukörper eingebracht werden. In der Regel wird hier mit elektromagnetischer Strahlung im nahen Infrarot, im sichtbaren oder sogar im UV-Bereich gearbeitet. Beispielsweise mag ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 μm oder auch einer solchen von 532 nm zum Einsatz kommen.The previous documents on laser engraving are either concerned with capturing information in the transparent material body or generally defining three-dimensional structures. However, these known approaches are not used specifically to introduce inhomogeneities or scattering centers in a scattering body in connection with an optical light scattering unit. In this connection In the past, it has proven useful if the inhomogeneities or scattering centers are designed as laser markings, that is to say they are introduced into the transparent scattering body with the aid of a laser. As a rule, electromagnetic radiation is used in the near infrared, in the visible or even in the UV range. For example, a Nd: YAG laser with a wavelength of 1.064 μm or even of 532 nm may be used.

Solche Laser emittieren Laserpulse mit einer Pulsdauer von nicht mehr als 10–6 sek Dauer, insbesondere werden sogar Pulsdauern von 10–8 sek oder weniger erzeugt. Dadurch lassen sich Leistungsdichten von über 107 W/cm2 erreichen und die bereits zuvor angesprochenen Energiedichten von mehreren J/cm2 realisieren.Such lasers emit laser pulses with a pulse duration of not more than 10 -6 sec duration, in particular even pulse durations of 10 -8 sec or less are generated. As a result, it is possible to achieve power densities of more than 10 7 W / cm 2 and to realize the previously mentioned energy densities of several J / cm 2 .

Im Gegensatz zu der elektromagnetischen Strahlungsquelle, welche die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren oder allgemein Strukturen im Innern des Streukörpers definiert und im infraroten, im sichtbaren oder im UV-Bereich emittiert, arbeitet die Lichtquelle durchgängig im sichtbaren Spektralbereich, d. h. sendet das vom menschlichen Auge wahrzunehmende Lichtspektrum aus. Der Wellenlängenbereich der Lichtquelle reicht also ungefähr von 380 nm bis 750 nm. Dabei kann selbstverständlich sowohl mit einem kontinuierlichen Lichtspektrum als auch mit einem diskontinuierlichen und natürlich auch mit einem gepulsten Lichtspektrum gearbeitet werden, welches von der Lichtquelle emittiert wird. Die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren verfügen in der Regel über eine Größe im Mikrometerbereich.in the Unlike the electromagnetic radiation source, which the Inhomogeneities or scattering centers or structures in general defined in the interior of the scatterer and in the infrared, emitted in the visible or in the UV range, the light source works continuous in the visible spectral range, d. H. sends the light spectrum to be perceived by the human eye. Of the Wavelength range of the light source is therefore about from 380 nm to 750 nm. Of course, both with a continuous light spectrum as well as with a discontinuous one and of course also working with a pulsed light spectrum which is emitted by the light source. The inhomogeneities or scattering centers usually have one Size in the micrometer range.

Wie bereits erläutert, sind die Inhomogenitäten vorteilhaft als Lasermarkierungen oder Laserstrukturierungen ausgestaltet. Diese werden in den transparenten Streukörper eingebracht, indem mit Hilfe des Lasers die Zerstörschwelle im Streukörper punktuell überschritten wird. Als Folge hiervon bleibt der transparente Streukörper natürlich nach wie vor durchlässig für das von der Lichtquelle emittierte Lichtspektrum, werden lediglich die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen ganz oder teilweise an den Inhomogenitäten bzw. Streuzentren gestreut. Dabei kann die Auslegung selbstverständlich so getroffen werden, dass die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren im Innern des transparenten Streukörpers das eingestrahlte Licht anisotrop in vorgegebene Raumrichtungen streuen. D. h., mit Hilfe der Inhomogenitäten lassen sich ausgangsseitig des transparenten Streukörpers gezielt bestimmte Richtungen für das gestreute Licht bevorzugen. Neben einer ausgangsseitig des Streukörpers realisierten homogenen Helligkeitsverteilung ist folglich auch eine solche möglich, bei welcher das Licht kontrolliert und anisotrop in bestimmte Raumrichtungen abgelenkt wird. Dabei lassen sich je nach in den Streukörpern eingebrachter Struktur auch geometrische Muster realisieren.As already explained, the inhomogeneities are advantageous designed as laser markings or laser structuring. These are introduced into the transparent scattering body by With the help of the laser, the damage threshold in the scatterer is selectively exceeded becomes. As a result, the transparent scattering body remains course still permeable to the light spectrum emitted by the light source only becomes the light rays emitted by the light source in whole or in part the inhomogeneities or scattering centers scattered. It can the interpretation of course be taken so that the inhomogeneities or scattering centers inside the transparent Scatter body the incident light anisotropic in given spatial directions sprinkle. That is, with the help of inhomogeneities can be Specifically determined on the output side of the transparent scattering body Prefer directions for the scattered light. In addition to one On the output side of the scattering body realized homogeneous Brightness distribution is therefore also possible such in which the light is controlled and anisotropic in certain spatial directions is distracted. It can be depending on in the scattering bodies introduced structure also realize geometric patterns.

Denkbar ist es beispielsweise, mit Hilfe der Inhomogenitäten bzw. Streuzentren das mittels der Lichtquelle eingestrahlte Licht so zu streuen, dass sich ausgangsseitig des transparenten Streukörpers auf einer Projektionsfläche Kreise, Lamellen, Linien, Quadrate oder andere Formen und Strukturen mit oder ohne gestalterischen Effekt realisieren lassen. An der jeweils verfolgten technischen Wirkung und den physikalischen Zusammenhängen ändert sich hierdurch nichts.Conceivable is it, for example, with the help of inhomogeneities or Scattering centers the light irradiated by the light source so to scatter that on the output side of the transparent scattering body a projection screen circles, slats, lines, squares or other shapes and structures with or without design Realize effect. At each pursued technical Effect and the physical context changes this is nothing.

Insgesamt hat es sich bewährt, wenn der transparente Streukörper flächig und als Streuplatte ausgebildet ist. In jedem Fall verfügt der Streukörper über eine geschlossene und glatte Oberfläche, die insbesondere keine Mikrostrukturierung aufweist, wie dies der Stand der Technik lehrt. Dadurch lässt sich die Oberfläche leicht reinigen und ist zugleich schmutzunempfindlich, was insbesondere für einen Einsatz im Außenbereich von besonderer Bedeutung ist.All in all it has proven useful when the transparent scattering body flat and designed as a scattering plate. In any case the diffuser has a closed and smooth surface, in particular no microstructuring as taught by the prior art. By doing so leaves the surface is easy to clean and at the same time insensitive to dirt, especially for outdoor use is of particular importance.

In der Regel verfügen die Lichtquelle bzw. das von ihr ausgesandte und das gestreute Licht über eine im Wesentlichen übereinstimmende Richtung, wobei zwischen der Lichtquelle und dem gestreuten Licht der Streukörper zwischengeschaltet ist. Diese im Wesentlichen übereinstimmende Richtung ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass das von der Lichtquelle emittierte und in den Streukörper eingekoppelte Licht überwiegend in Vorwärtsrichtung an den Inhomogenitäten elastisch gestreut wird. Es ist grundsätzlich aber auch möglich, dass die Lichtquelle und das gestreute Licht winklig zueinander angeordnet sind. Beispielsweise ist eine rechtwinklige oder nahezu rechtwinklige Anordnung der Lichtquelle und des gestreuten Lichtes denkbar und wird von der Erfindung umfasst. In diesem Fall kann die Lichtquelle über eine Kante in den (flächigen) Streukörper eingekoppelt werden.In usually have the light source or emitted by her and the scattered light over a substantially coincident Direction, where between the light source and the scattered light the scatterer is interposed. These are essentially consistent Direction is due to the fact that that of the light source emitted and injected into the scatterer light predominantly in the forward direction at the inhomogeneities elastic is scattered. It is also possible in principle that the light source and the scattered light are at an angle to each other are arranged. For example, a right-angle or near right-angled arrangement of the light source and the scattered light conceivable and is encompassed by the invention. In this case can the light source over an edge in the (plane) Scattering be coupled.

Von besonderer und selbständiger Bedeutung für die Erfindung ist des Weiteren die Tatsache, dass die Inhomogenitäten im Inneren des Streukörpers eine variierende Dichte aufweisen können. Auf diese Weise kann beispielsweise die Lichtausbreitung begrenzt werden. So ist es denkbar, dass das eingestrahlte Licht der Lichtquelle beispielsweise nur zwischen zuvor eingebrachten Anhäufungen der Inhomogenitäten gestreut wird. Auch lässt sich hierdurch die Richtung der Lichtausbreitung begrenzen. Dadurch lassen sich beispielsweise Spiegelungen vermeiden, wenn die optische Lichtstreueinheit als Display oder allgemeine Anzeigeeinheit genutzt wird. Darüber hinaus lässt sich über die variierende Dichte der Inhomogenitäten in dem Streukörper einer etwaigen Absorption der eingekoppelten Lichtstrahlen entgegenwirken.Of particular and independent significance for the invention is furthermore the fact that the inhomogeneities in the interior of the scattering body can have a varying density. In this way, for example, the light propagation can be limited. Thus, it is conceivable that the incident light of the light source is scattered, for example, only between previously introduced clusters of inhomogeneities. Also, this can limit the direction of light propagation. As a result, for example, reflections can be avoided if the optical light scattering unit is used as a display or general display unit. In addition, the varying density of the inhomogeneities in the scattering body permits a possible absorption of the coupled-in light beams counteract.

Tatsächlich werden die Lichtstrahlen mit zunehmender Länge ihres Weges innerhalb des Streukörpers and den Inhomogenitäten mehr und mehr abgelenkt. Grundsätzlich ist auch eine zunehmende Absorption denkbar. Meistens ist der Streukörper jedoch durchweg transparent gestaltet, so dass die Abnahme der Lichtintensität auf die mit zunehmendem Weg des Lichtstrahls durch den Streukörper verstärkte Streuung an den Inhomogenitäten zurückzuführen ist. Dieser sinkenden Lichtintensität kann durch eine erhöhte Streuung mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle Rechnung getragen werden. Diese erhöhte Streuung lässt sich durch eine zunehmende Dichte der Streuzentren und somit Inhomogenitäten in dem transparenten Streukörper erzeugen.Indeed the rays of light become with increasing length of their way within the scattering body and the inhomogeneities more and more distracted. Basically, there is also an increasing absorption conceivable. Mostly, however, the scattering body is transparent throughout designed so that the decrease in light intensity up the with increasing path of the light beam through the scatterer increased dispersion due to the inhomogeneities. This sinking light intensity can be increased by a Scattering with increasing distance from the light source bill be worn. This increased scattering leaves by an increasing density of scattering centers and thus inhomogeneities in produce the transparent scattering body.

Im Ergebnis ist es in diesem Zusammenhang also vorteilhaft, wenn die Dichte der Inhomogenitäten bzw. Streuzentren in dem transparenten Streukörper mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle steigt. Auf diese Weise kann beispielsweise einer sinkenden Lichtintensität und folglich abnehmenden Helligkeit im Innern des Streukörpers begegnet werden, in dem diese abnehmende Helligkeit durch eine zunehmende Anzahl an Streuzentren ganz oder teilweise kompensiert wird. Das Ergebnis ist ein Streukörper bzw. eine Streuplatte mit homogener Lichtausstrahlung, und zwar auch dann, wenn die Lichtquelle über eine Kante eingekoppelt wird.in the Result, it is therefore advantageous in this context, if the Density of inhomogeneities or scattering centers in the transparent Scattering body increases with increasing distance from the light source. In this way, for example, a sinking light intensity and consequently decreasing brightness inside the scatterer be met, in which this decreasing brightness by increasing Number of scattering centers is compensated in whole or in part. The The result is a scattering body or a scattering plate with Homogeneous light emission, even if the light source over an edge is coupled.

Als Materialien für den eingesetzten Streukörper empfiehlt die Erfindung Gläser, beispielsweise mineralische Gläser oder auch Kunststoffe, wie z. B. Acrylglas, Polykarbonat, PVC, PET etc. Darüber hinaus können Festkörperkristalle wie beispielsweise Saphir, Quarz etc. zur Anwendung kommen. Entscheidend ist einzig und allein die Eigenschaft der eingesetzten Materialien, für das von der Lichtquelle emittierte Lichtspektrum transparent zu sein und im Übrigen die Möglichkeit zu eröffnen, per Laserinnengravur o. dgl. dauerhaft Markierungen definieren zu können. Dabei wird man die Auslegung ergänzend so treffen, dass die Markierungen bzw. Strukturen als Bläschen oder Risssternchen vorliegen. Diese Strukturen führen makroskopisch zu einer Materialtrübung, wobei allerdings das Material des Streukörpers zwischen den einzelnen Strukturen selbstverständlich transparent bleibt und keine Trübung erfährt.When We recommend materials for the diffuser used the invention glasses, for example, mineral glasses or plastics, such. As acrylic glass, polycarbonate, PVC, PET etc. In addition, solid-state crystals can such as sapphire, quartz, etc. are used. critical is solely the property of the materials used, transparent to the light spectrum emitted by the light source to be and, moreover, to open the possibility by laser engraving o. The like. Permanent markings to be able to define. In the process, the interpretation will be made in such a way that the markings or structures as bubbles or tear stars available. These structures lead macroscopically to one Material turbidity, although the material of the scattering body between of course, transparent to the individual structures stays and no turbidity experiences.

Schlussendlich schlägt die Erfindung noch vor, dass der Streukörper zumindest einseitig oder auch beidseitig reflektierend ausgebildet ist. Das kann geschehen, indem beispielsweise auf eine Oberfläche des Streukörpers eine reflektierende Schicht aufgedampft wird, eine solche Schicht aufgeklebt wird oder auch eine reflektierende Schicht beabstandet von der betreffenden Oberfläche eine Anordnung erfährt. Auf diese Weise wird das gestreute Licht noch weiter gerichtet und erfährt eine räumliche Führung. Dabei lassen sich die Inhomogenitäten im Streukörper so anordnen, dass insgesamt ein geometrischer Körper beschrieben wird. Bei diesem geometrischen Körper kann es sich um Kreise, Wendeln, Lamellen, Linien, Quadrate etc. handeln. Mit Hilfe der Form und Größe dieser Strukturen lassen sich nicht nur gestalterische Effekte erreichen, sondern kann auch das über die Lichtquelle eingekoppelte Licht geführt werden.Finally proposes the invention before, that the scattering body designed to be reflective at least on one side or on both sides is. That can be done, for example, by clicking on a surface of the scattering body vapor-deposited on a reflective layer is, such a layer is glued or even a reflective Layer spaced from the respective surface a Arrangement experiences. In this way, the scattered light becomes even further directed and experiences a spatial guidance. Here, the inhomogeneities in the scattering body can be order so that overall a geometric body described becomes. This geometric body may be circles, Spirals, slats, lines, squares, etc. act. With the help of Form and size of these structures can not be can only achieve creative effects, but can also do that over the light source coupled light can be performed.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch ein Flächenstrahler, welcher durch eine optische Lichtstreueinheit gekennzeichnet ist, die über die zuvor beschriebenen Spezifikationen verfügt. Bei diesem Flächenstrahler kann es sich beispielhaft um ein Display oder eine Anzeigeeinheit, eine Lampe, Wandelemente, Raumelemente wie Raumteiler, Projektionsflächen in Gestalt einer gläsernen Leinwand, Raum- oder Deckenbeleuchtungen, beleuchtete Wärmeflächen etc. handeln. Meistens wird man Flächenstrahler realisieren, die eine homogene Lichtabstrahlung zur Verfügung stellen oder mit deren Hilfe eine gezielte Lichtlenkung erzeugt wird.object Finally, the invention is also a surface radiator. which is characterized by an optical light scattering unit, which has the specifications described above. This surface radiator may be an example Display or a display unit, a lamp, wall elements, room elements like room dividers, projection surfaces in the shape of a glass Canvas, room or ceiling lighting, illuminated heat surfaces etc. act. Most of the time you will realize surface spotlights, which provide a homogeneous light emission or by means of which a targeted light control is generated.

Im Ergebnis werden eine optische Lichtstreueinheit sowie ein Flächenstrahler beschrieben, die sich besonders kostengünstig, schnell und effizient an die jeweils spezifischen Anforderungen anpassen lassen. Hierzu trägt insbesondere der Umstand bei, dass die für die Lichtlenkung letztlich verantwortlichen Inhomogenitäten bzw. Streuzentren im Innern des transparenten Streukörpers praktisch beliebig hinsichtlich Größe, Gestalt und Anordnung vorgegeben werden können. Denn die fraglichen Streuzentren oder Inhomogenitäten werden nach vorteilhafter Ausgestaltung mit Hilfe eines Laserstrahls in den fraglichen Streukörper eingebracht, welcher punktuell die Zerstörquelle im Streukörper überschreitet.in the The result will be an optical light scattering unit and a surface radiator described, which is particularly cost-effective, fast and efficiently adapted to the specific requirements to let. This is due, in particular, to the fact that the inhomogeneities ultimately responsible for the light control or scattering centers in the interior of the transparent scattering body practically arbitrary in size, shape and arrangement can be specified. Because the questionable Scattering centers or inhomogeneities are becoming more advantageous Embodiment with the aid of a laser beam in the scattering body in question introduced, which selectively exceeds the source of destruction in the scattering body.

Indem entweder der Laserstrahl dreidimensional bewegt wird und/oder der Streukörper eine dreidimensionale Bewegung erfährt, lassen sich beliebige räumliche Strukturen im Innern des Streukörpers festlegen. Als Folge hiervon wird das in den Streukörper eingekoppelte und von der Lichtquelle emittierte Licht in die gewünschten Richtungen an den Streuzentren abgelenkt. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.By doing either the laser beam is moved three-dimensionally and / or the Scattering body undergoes a three-dimensional movement, can be any spatial structures in the interior of the Set scattering bodies. As a result, this will be in the Diffuser coupled and emitted by the light source light deflected in the desired directions at the scattering centers. Here are the main benefits.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:in the The invention will be described below with reference to a purely exemplary embodiment descriptive drawing explained in more detail; show it:

1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsformen einer optischen Lichtstreueinheit bzw. eines Flächenstrahlers, welcher entsprechend der Erfindung arbeitet. 1 and 2 two different embodiments of an optical light scattering unit or a surface radiator, which operates in accordance with the invention.

In den Figuren ist eine optische Lichtstreueinheit dargestellt, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau über einen transparenten Streukörper 1 und wenigstens eine Lichtquelle 2 verfügt. Die optische Lichtstreueinheit mit dem Streukörper 1 und der Lichtquelle 2 mag Bestandteil eines Flächenstrahlers sein, der sich auf diese Weise realisieren lässt. Das wird insbesondere anhand der 2 deutlich. Denn für einen Betrachter B erscheint die optische Lichtstreueinheit so, als ob der gesamte transparente Streukörper 1 flächig beleuchtet wird, beispielsweise eine gleichmäßige homogene Lichtstärke abgibt.In the figures, an optical light scattering unit is shown, which in its basic structure via a transparent scattering body 1 and at least one light source 2 features. The optical light scattering unit with the scatterer 1 and the light source 2 may be part of a surface radiator that can be realized in this way. This is in particular on the basis of 2 clear. Because for a viewer B, the optical light scattering unit appears as if the entire transparent scattering body 1 is illuminated flat, for example, emits a uniform homogeneous light intensity.

Um dies im Detail zu erreichen, wird das von der Lichtquelle 2 emittierte Licht in den Streukörper 1 eingekoppelt. Das kann bei der Variante nach 2 dergestalt erfolgen, dass das von der Lichtquelle 2 emittierte Licht in eine rückseitige Fläche 1a in den Streukörper 1 ein und aus der gegenüberliegenden frontseitigen Fläche 1b wieder nach der Streuung an Inhomogenitäten 3 im Innern des Streukörpers 1 austritt. Zusätzlich oder alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass der Lichteintritt nicht über die zuvor in Bezug genommenen Breitseiten 1a, 1b in den als Streuscheibe ausgeführten Streukörper 1 erfolgt, sondern vielmehr über dessen Schmalseiten 1c. Dann erfolgt nach Streuung des eingekoppelten Lichtes an den Inhomogenitäten bzw. Streuzentren 3 im Innern des Streukörpers 1 ein Lichtaustritt über die beiden Breitseiten 1a, 1b bzw. die rückseitige Fläche 1a und die frontseitige Fläche 1b.To achieve this in detail, this is done by the light source 2 emitted light in the scattering body 1 coupled. This can after the variant 2 take place such that the of the light source 2 emitted light in a back surface 1a in the scattering body 1 in and out of the opposite front surface 1b again after the dispersion of inhomogeneities 3 inside the scattering body 1 exit. Additionally or alternatively, however, it is also possible that the light entry is not over the previously discussed broadsides 1a . 1b in the diffuser designed as a diffuser 1 takes place, but rather on its narrow sides 1c , Then, after scattering of the coupled-in light at the inhomogeneities or scattering centers 3 inside the scattering body 1 a light emission over the two broadsides 1a . 1b or the back surface 1a and the front surface 1b ,

Im Rahmen der Alternative nach 2 kommt als Lichtquelle 2 ein üblicher thermischer Strahler bzw. eine geeignete Weißlichtquelle zum Einsatz. Bei der Lichtquelle 2 entsprechend der 1 handelt es sich demgegenüber um einen oder mehrere punktförmige Strahler, beispielsweise eine LED, die zudem auch farbig emittieren mag. So oder so deckt das von der Lichtquelle 2 emittierte Spektrum ganz oder teilweise das Lichtspektrum, also den sichtbaren Bereich, ab.In the context of the alternative 2 comes as a light source 2 a conventional thermal radiator or a suitable white light source used. At the light source 2 according to the 1 In contrast, it is one or more point-shaped radiator, such as an LED, which may also emit colored. Either way, that covers from the light source 2 emitted spectrum completely or partially from the light spectrum, ie the visible range.

Die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren 3 im Innern des Streukörpers 1 werden im Zuge einer Innenbearbeitung eingebracht, welche mit Hilfe eines Lasers, beispielsweise eines Nd:YAG-Lasers erfolgt. Bei diesem Vorgang werden die Inhomogenitäten bzw. Lasermarkierungen 3 derart erzeugt, dass mit Hilfe des Laserstrahls die Zerstörschwelle im Streukörper 1 punktuell überschritten wird. Zu diesem Zweck erfährt der Laserstrahl eine entsprechende Fokussierung, so dass es zum sogenannten dielektrischen Durchbruch und einer Ionisation im Inneren kommt. Als Folge hiervon wird der Streukörper 1 lokal aufgeschmolzen und es bilden sich im Wesentlichen makroskopisch sichtbare Bläschen oder Strukturen, die oftmals zusätzlich noch durch von ihrer Oberfläche abstehende Risse gekennzeichnet sind, also sogenannte Risssternchen. Diese Strukturen besitzen eine Größe im Mikrometerbereich und fungieren insgesamt als Streuzentren 3.The inhomogeneities or scattering centers 3 inside the scattering body 1 are introduced in the course of an internal machining, which takes place with the aid of a laser, for example a Nd: YAG laser. In this process, the inhomogeneities or laser markings 3 produced such that with the help of the laser beam, the damage threshold in the scattering body 1 is selectively exceeded. For this purpose, the laser beam undergoes a corresponding focusing, so that it comes to so-called dielectric breakdown and ionization in the interior. As a result, the scattering body becomes 1 locally melted and it forms substantially macroscopically visible bubbles or structures that are often additionally characterized by protruding from their surface cracks, so-called crack stars. These structures have a size in the micrometer range and act altogether as scattering centers 3 ,

Die Streuzentren bzw. Inhomogenitäten 3 sorgen dafür, dass das von der Lichtquelle 2 ausgesandte bzw. emittierte Licht 4 hieran im Rahmen der Darstellung nach 2 überwiegend in Vorwärtsrichtung gestreut wird. Die 1 zeigt dagegen eine winklige Streuung mit Streuwinkeln im Bereich um 90°. Dabei können die Inhomogenitäten 3 das eingestrahlte Licht auch anisotrop in vorge gebene Raumrichtungen streuen, wenn die Inhomogenitäten 3 über eine bestimmte Struktur im Innern des Streukörpers 1 verfügen, wie dies bereits einleitend beschrieben wurde.The scattering centers or inhomogeneities 3 make sure that from the light source 2 emitted or emitted light 4 this in the context of the presentation 2 mainly scattered in the forward direction. The 1 on the other hand shows an angular scattering with scattering angles in the range around 90 °. This can be the inhomogeneities 3 The incident light also anisotropically scatter in pre given spatial directions, if the inhomogeneities 3 about a certain structure inside the scattering body 1 as described in the introduction.

Der Streukörper 3 verfügt insgesamt über eine geschlossene und glatte Oberfläche, weil die beschriebene Laserinnengravur die Oberfläche nicht schädigt und lässt sich folglich einfach reinigen sowie neigt nicht zu Verschmutzungen. Dadurch ist die dargestellte optische Lichtstreueinheit bzw. ein damit realisierter Flächenstrahler für einen Einsatz im Außenbereich prädestiniert. Beispielsweise kann mit Hilfe der Lichtstreueinheit unschwer eine Anzeigeeinheit oder ein Display realisiert werden. Auch lassen sich Lampen, Wandelemente etc. darstellen.The scattering body 3 has an overall closed and smooth surface, because the laser engraving described does not damage the surface and can therefore be easily cleaned and does not tend to soiling. As a result, the illustrated optical light scattering unit or a surface radiator realized thereby is predestined for outdoor use. For example, it is not difficult to realize a display unit or a display with the aid of the light scattering unit. Also, lamps, wall elements, etc. can be displayed.

Der Streukörper 1 kann aus den zuvor bereits beschriebenen Materialien wie Glas, Kunststoff oder auch kristallinen Stoffen sowie Mischungen hergestellt werden. Beispielsweise ist es denkbar, den Streukörper 1 als Streuplatte oder Streuscheibe aus beispielsweise Acrylglas, Glas, PVC, PET zu fertigen.The scattering body 1 can be made from the previously described materials such as glass, plastic or crystalline materials and mixtures. For example, it is conceivable, the scattering body 1 as a scattering plate or diffuser from, for example, acrylic glass, glass, PVC, PET to produce.

Im Rahmen der Variante nach 2 weisen die Lichtquelle 2 und das von ihr emittierte Licht 4 sowie das gestreute Licht 5 eine im Wesentlichen übereinstimmende Richtung auf, wobei der Streukörper bzw. die Streuplatte oder Streuscheibe 1 zwischengeschaltet ist. Dagegen verfolgt die 1 eine Variante, bei welcher die Lichtquelle 2 bzw. das ausgesandte Licht 4 und das gestreute Licht 5 winklig, z. B. überwiegend rechtwinklig, zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass das über die Schmalseite 1c in den Streukörper bzw. die Streuscheibe 1 eintretende Licht 4 nach der Streuung an den Inhomogenitäten bzw. Streuzentren 3 an den beiden Breitseiten 1a bzw. 1b austritt und auch austreten kann. Eine zusätzliche und von der Streuscheibe 1 beabstandete Reflexionsschicht 6 mag dafür sorgen, dass das gestreute Licht 5 primär aus der frontseitigen Fläche 1b austritt und eine gerichtete Führung nach rechts in der Darstellung in 1 erfährt.As part of the variant 2 assign the light source 2 and the light emitted by her 4 as well as the scattered light 5 a substantially coincident direction, wherein the scattering body or the scattering plate or lens 1 is interposed. On the other hand, the 1 a variant in which the light source 2 or the emitted light 4 and the scattered light 5 angled, z. B. predominantly rectangular, are arranged to each other. In this way it is achieved that on the narrow side 1c in the scatterer or the lens 1 entering light 4 after scattering at the inhomogeneities or scattering centers 3 on the two broadsides 1a respectively. 1b exit and can also escape. An additional and from the diffuser 1 spaced reflective layer 6 May make sure that the scattered light 5 primarily from the front surface 1b exit and a directed leadership to the right in the representation in 1 experiences.

Die 1 deutet schließlich an, dass die Inhomogenitäten bzw. Streuzentren 3 eine variierende Dichte im Innern des Streukörpers 2 aufweisen können. Tatsächlich ist die Auslegung so getroffen, dass die Dichte der Inhomogenitäten bzw. Streuzentren 3 mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle 2 steigt. Auf diese Weise lässt sich einer wachsenden Streuung des von der Lichtquelle 2 ausgesandten bzw. emittierten Lichtes an den Inhomogenitäten respektive Streuzentren Rechnung tragen. Denn durch diesen Umstand nimmt die Helligkeit der ausgesandten Lichtstrahlen 4 im Innern des Streukörpers 1 mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle 2 ab.The 1 finally indicates that the inhomogeneities or scattering centers 3 a varying density in the interior of the scattering body 2 may have NEN. In fact, the design is such that the density of the inhomogeneities or scattering centers 3 with increasing distance from the light source 2 increases. In this way, one can see a growing dispersion of the light source 2 emitted or emitted light to the inhomogeneities or scattering centers account. For by this circumstance decreases the brightness of the emitted light rays 4 inside the scattering body 1 with increasing distance from the light source 2 from.

Um diesen Effekt zu kompensieren oder abzuschwächen, wird mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle 2 mit einer wachsenden Anzahl an Streuzentren 3 gearbeitet. Als Folge hiervon wird selbst bei der Ausführungsform nach 1 mit gleichsam seitlich angebrachter Lichtquelle 2 erreicht, dass die Lichtstärke des gestreuten Lichtes 5 über die Austrittsfläche 1a, 1b gesehen im Wesentlichen gleich ist. D. h., selbst bei der Variante nach 1 wird letztlich ein homogener Flächenstrahler zur Verfügung gestellt.To compensate or mitigate this effect, the distance from the light source increases 2 with a growing number of scattering centers 3 worked. As a result, even in the embodiment according to 1 with a side-mounted light source 2 achieved that the light intensity of the scattered light 5 over the exit surface 1a . 1b is essentially the same. That is, even with the variant 1 Finally, a homogeneous surface radiator is provided.

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Claims (14)

Optische Lichtstreueinheit, mit einem transparenten Streukörper (1), und mit wenigstens einer Lichtquelle (2), deren emittiertes Licht (4) in den Streukörper (1) eingekoppelt und bei seinem Durchtritt an im Innern vorhandenen Inhomogenitäten (3) gestreut wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (3) als durch elektromagnetische Strahlung in den Streukörper (1) eingebrachte Suboberflächenmarkierungen ausgebildet sind.Optical light scattering unit, with a transparent diffuser ( 1 ), and with at least one light source ( 2 ), whose emitted light ( 4 ) in the scattering body ( 1 ) and in its passage to inhomogeneities ( 3 ), characterized in that the inhomogeneities ( 3 ) as by electromagnetic radiation in the scattering body ( 1 ) Substrate surface markings are formed. Optische Lichtstreueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (3) als Lasermarkierungen ausgestaltet sind, die mittels eines die Zerstörschwelle im Streukörper (1) punktuell überschreitenden Laserstrahls eingebracht werden.Optical light scattering unit according to claim 1, characterized in that the inhomogeneities ( 3 ) are designed as laser markings, which by means of a damage threshold in the scattering body ( 1 ) are introduced at intervals overlying laser beam. Optische Lichtstreueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (3) das eingestrahlte Licht (4) anisotrop in vorgegebene Raumrichtungen streuen.Optical light scattering unit according to claim 1 or 2, characterized in that the inhomogeneities ( 3 ) the incident light ( 4 ) sprinkle anisotropically in given spatial directions. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Streukörper (1) als Streuplatte (1) ausgebildet ist.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transparent scattering body ( 1 ) as a scattering plate ( 1 ) is trained. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Streukörper (1) eine geschlossene sowie glatte Oberfläche aufweist.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transparent scattering body ( 1 ) has a closed and smooth surface. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Lichtquelle (2) ausgesandte Licht (4) und das gestreute Licht (5) eine im Wesentlichen übereinstimmende Richtung aufweisen.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light source ( 2 ) emitted light ( 4 ) and the scattered light ( 5 ) have a substantially coincident direction. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgesandte Licht (4) und das gestreute Licht (5) winklig, überwiegend rechtwinklig, zueinander angeordnet sind.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the emitted light ( 4 ) and the scattered light ( 5 ) are arranged at an angle, predominantly rectangular, to each other. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgesandte Licht (4) über eine Kante (1c) in den Streukörper (1) eingekoppelt wird.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the emitted light ( 4 ) over an edge ( 1c ) in the scattering body ( 1 ) is coupled. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (3) eine variierende Dichte im Innern des Streukörpers (1) aufweisen.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inhomogeneities ( 3 ) a varying density in the interior of the scattering body ( 1 ) exhibit. Optische Lichtstreueinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Inhomogenitäten (3) mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle (2) steigt, um eine zunehmende Streuung des ausgesandten Lichtes (4) ganz oder teilweise zu kompensieren.Optical light scattering unit according to claim 9, characterized in that the density of the inhomogeneities ( 3 ) with increasing distance from the light source ( 2 ) increases to an increasing scattering of the emitted light ( 4 ) in whole or in part. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (1) aus einem Glas, Kunststoff oder einem kristallinen transparenten Material hergestellt ist.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 10, characterized in that the scattering body ( 1 ) is made of a glass, plastic or a crystalline transparent material. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper (1) zumindest einseitig reflektierend ausgebildet ist und/oder dem Streukörper (1) wenigstens eine reflektierende Fläche (6) zugeordnet ist.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 11, characterized in that the scattering body ( 1 ) is formed at least on one side reflective and / or the scattering body ( 1 ) at least one reflective surface ( 6 ) assigned. Optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhomogenitäten (3) einen geometrischen Körper beschreiben, dem das gestreute Licht (5) folgt.Optical light scattering unit according to one of claims 1 to 12, characterized in that the inhomogeneities ( 3 ) describe a geometric body to which the scattered light ( 5 ) follows. Flächenstrahler, gekennzeichnet durch eine optische Lichtstreueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13.Area radiator, characterized by an optical Light scattering unit according to one of claims 1 to 13.
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