DE202014000665U1 - LED luminaire with total reflection optics and nested light deflection surfaces for the production of any desired light exit surfaces - Google Patents
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Abstract
Eine Einzel-Optik (1), die eine Totalreflexion ermöglicht und eine erste im Wesentlichen gekrümmte Fläche (2) und Teilstücke mindestens einer weiteren im Wesentlichen gekrümmte Fläche (3) aufweist, wobei die erste im Wesentlichen gekrümmte Fläche (2) relativ zu mindestens einer der weiteren im Wesentlichen gekrümmten Fläche einen engeren Krümmungsradius aufweist.A single optic (1) that enables total reflection and has a first essentially curved surface (2) and parts of at least one further essentially curved surface (3), the first essentially curved surface (2) relative to at least one the further substantially curved surface has a narrower radius of curvature.
Description
Die Erfindung betrifft eine LED-Leuchte, die vielfältig in der Industrie und speziell im Fahrzeugbau benutzt wird.The invention relates to an LED light, which is widely used in industry and especially in vehicle construction.
Es ist bekannt, dass LED-Leuchten über Optiken – basierend auf einem Totalreflexions-System – verfügen, bei denen das Licht in einen parabelförmigen Vollmaterial-Körper (z. B. Kunststoff) eingeleitet wird und dieses Licht an den Wänden des parabelförmigen Körpers mittels Totalreflexions-Effekt in einer gemeinsamen Richtung nach vorne bzw. in eine definierte Richtung gelenkt wird.It is known that LED lights have optics - based on a total reflection system - in which the light is introduced into a parabolic solid material body (eg plastic) and this light on the walls of the parabolic body by means of total reflection Effect is directed in a common direction forward or in a defined direction.
Die marktüblichen Optiken mit Totalreflexion haben den Nachteil, dass damit keine komplexen geometrischen Konturen abgebildet werden können, da sie in der Regel auf einer einfachen runden Parabel basieren.The commercially available total reflection optics have the disadvantage that they can not be used to image complex geometric contours, as they are usually based on a simple round parabola.
Weiterhin ist bekannt, dass es metallisierte Reflektor-Optiken gibt, die nicht aus Vollmaterial bestehen und komplexe Geometrien ermöglichen. Dabei ergibt sich jedoch ein deutlicher Effizienz-Verlust durch den nicht perfekten Reflexionsgrad der verspiegelten Fläche. Zusätzlich wird je nach Anwendung noch eine vorgeschaltete Lichtscheiben-Optik benötigt, die das durch den Reflektor i. d. R. gerade gelenkte Licht auf die vorgesehenen Winkel verteilt. Diese verursacht ebenfalls deutliche Effizienz-Verluste.Furthermore, it is known that there are metallized reflector optics that do not consist of solid material and allow complex geometries. However, this results in a significant loss of efficiency due to the imperfect reflectance of the mirrored surface. In addition, depending on the application still an upstream lens optics is required, which is the i. By the reflector. d. R. just steered light distributed to the intended angle. This also causes significant efficiency losses.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine LED-Leuchte bereitzustellen, bei der die Optik derart ausgestaltet werden kann, dass nicht nur runde Geometrien der Lichtaustrittsfläche erzeugt werden können, sondern beliebige Lichtaustrittsflächen, z. B. auch eckige, trapezförmige, dreieckige usw. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mehrere dieser beliebigen Lichtaustrittsflächen so zu kombinieren, dass sich in der Summe beispielsweise ein großer Ring, ein Oval, ein Rechteck usw. ergibt, dessen gesamte Lichtaustrittsfläche eine sehr homogene Leuchtdichte-Verteilung hat und damit sehr gleichmäßig leuchtet.It is an object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art. In particular, the present invention has the object to provide an LED light, in which the optics can be configured such that not only round geometries of the light exit surface can be generated, but any light exit surfaces, for. As well as angular, trapezoidal, triangular, etc. Furthermore, the object of the invention is to combine several of these arbitrary light exit surfaces so that in sum, for example, a large ring, an oval, a rectangle, etc. results, the entire light exit surface a very has homogeneous luminance distribution and thus shines very evenly.
Zusätzlich soll die Erfindung eine möglichst hohe Effizienz erzielen, indem in einem einzigen Bauteil annähernd verlustfrei mehrere optische Elemente (z. B. Reflektor und Wabenoptik) kombiniert werden können.In addition, the invention should achieve the highest possible efficiency by combining a plurality of optical elements (eg, reflector and honeycomb optics) in a single component virtually loss-free.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Schutzansprüche gelöst. Die abhängigen Schutzansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.This object is achieved with the features of the independent claims. The dependent claims relate to preferred embodiments.
Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass sich auch bei nicht rund geformten Lichtaustrittsflächen keine nennenswerten Effizienz-Verluste ergeben.The invention has the particular advantage that even with not round shaped light exit surfaces result in no appreciable efficiency losses.
Die Einzel-Optik kann auch als ein optisches System bezeichnet werden. Das optische System bzw. die Einzel-Optik weist reflektierende Eigenschaften auf und kann somit auch als ein Reflektor bezeichnet werden.The single optic can also be referred to as an optical system. The optical system or the individual optic has reflective properties and can therefore also be referred to as a reflector.
Die Außenform des Körper der Einzel-Optik ist im wesentlichen aus zusammengesetzten gekrümmten Flächenstücken gebildet. Die Flächenstücke bilden dabei vorteilhaft die Außenhülle der Einzel-Optik. Diese gekrümmten Flächenstücke weisen vorteilhaft einen gemeinsamen Schnittpunkt auf. Die gekrümmten Flächenstücke bzw. gekrümmten Flächen können auch als Lichtumlenkflächen bezeichnet werden. Vorteilhaft folgt die Krümmung der Flächenstücke einem parabelförmigen Verlauf. In diesem Fall könnte man die Lichtumlenkflächen auch als Parabeln bezeichnen. Vorzugsweise werden mehrere unterschiedliche gekrümmte Flächenstücke in einer Einzel-Optik eingesetzt. Die Einzel-Optik weist vorteilhaft eine Zusammensetzung aus verschiedenen Flächenstücken auf, die eine unterschiedliche Krümmung aufweisen. Die Zusammensetzung von unterschiedlichen Flächenstücken in einer Einzel-Optik erfolgt vorteilhaft so, dass jeweils vier Flächenstücke in einer Einzel-Optik eine erste im wesentlichichen ähnliche Krümmung aufweisen bzw. einer ersten im wesentlichen ähnlichen Funktion folgen und mindestens weiteren ebenfalls vorteilhaft vier Flächenstücken die eine zweite im wesentlichichen ähnliche Krümmung aufweisen bzw. einer zweiten im wesentlichen ähnlichen Funktion folgen. Die Flächenstücke die vorteilhaft einer ähnlichen Funktion folgen bzw. ähnliche Krümmung aufweisen sind vorteilhaft gleichmäßig und gegenüberliegend in der Einzeloptik untergebracht. Die Flächenstücke die einem ähnlichen Verlauf folgen haben vorzugsweise die selbe Oberflächengröße. Es können auch andere gekrümmte Verläufe als Lichtumlenkfläche verwendet werden, beispielsweise ellipsoid, hyperboloid o. ä..The outer shape of the body of the single optic is formed essentially of composite curved surface pieces. The patches form advantageously the outer shell of the single optics. These curved surface pieces advantageously have a common point of intersection. The curved surface pieces or curved surfaces can also be referred to as light deflection surfaces. Advantageously, the curvature of the patches follows a parabolic course. In this case, you could also call the Lichtumlenkflächen as parabolas. Preferably, several different curved patches are used in a single optic. The individual optics advantageously has a composition of different surface pieces which have a different curvature. The composition of different surface pieces in a single optic is advantageously carried out so that four patches in a single optics have a first substantially similar curvature or follow a first substantially similar function and at least another also advantageously four patches a second im have substantially similar curvature or follow a second substantially similar function. The patches which advantageously follow a similar function or have similar curvature are advantageously accommodated uniformly and opposite each other in the individual optics. The patches following a similar course preferably have the same surface area. It is also possible to use curved shapes other than the light deflection surface, for example ellipsoid, hyperboloid or the like.
Vorzugsweise wird der Körper der Einzel-Optik im Wesentlichen aus Teilen mehrerer Rotationskörpern gebildet, die vorzugsweise eine gemeinsame Rotationsachse haben. Beispielsweise wird die Außenfläche der Einzel-Optik durch Teile mehrerer Paraboloiden Formen, d. h. von Rotationsparaboloiden geformt, beispielsweise mit unterschiedlicher Weite und vorzugsweise gemeinsamer Rotationsachse. Der Körper der Einzel-Optik setzt sich vorteilhaft aus parabelförmig gekrümmten Flächenstücken zusammen.Preferably, the body of the single optic is formed essentially of parts of a plurality of rotational bodies, which preferably have a common axis of rotation. For example, the outer surface of the single optic is formed by parts of several paraboloid forms, i. H. shaped by paraboloidal rotors, for example, with different width and preferably common axis of rotation. The body of the single optic is advantageously composed of parabolic curved surface pieces.
Die Einzel-Optik kann dabei so aufgebaut sein, dass in der gedachten Rotationsachse eine Lichtquelle angeordnet ist. Die Einzel-Optik kann dabei sowohl an einer Lichteintrittsseite als auch an der Lichtaustrittsseite eben bzw. flach geformt sein. Das Paraboloid bzw. parabolide geformte Einzel-Optik kann von Ihrem Nullpunkt/Tangentialpunkt/Scheitelpunkt betrachtet entlang der gedachten Achse als abgeschnitten beschrieben werden. In anderen Worten die Einzel-Optik kann als Teil eines aus mehreren Flächenstücken von Rotationsparaboloiden zusammengesetzt beschrieben werden.The single optics can be constructed so that in the imaginary axis of rotation a Light source is arranged. The individual optics can be flat or flat at both a light entrance side and at the light exit side. The paraboloid or paraboloid-shaped single optic can be described as cut off from its zero point / tangency point / vertex along the imaginary axis. In other words, the single-optic may be described as being part of one of several patches of paraboloid of revolution.
Im Einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße LED-Leuchte auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Schutzanspruch 1 folgenden Schutzansprüche verwiesen, andererseits auf die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen jeweils für die gleichen Einheiten verwendet. Sie zeigen:In particular, there are various ways to design and develop the LED lamp according to the invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the
Diese größeren bzw. weiter geöffneten gekrümmten bzw. parabelförmig gekrümmten Flächen sind entsprechend so bemessen, dass die LED
Vorzugsweise ist diese Einzel-Optik aus Vollmaterial, beispielsweise aus transparentem Kunststoff oder Glas gebildet.Preferably, this single optic is made of solid material, for example made of transparent plastic or glass.
In einer vorteilhaften Ausprägung gemäß
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass gemäß
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die Ausnehmungen durch ein Designteil
Es lassen sich vorteilhaft mehrere Gesamt-Optiken gemäß
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem Leuchte mit mindestens einem Gehäuse und mindestens einer Einzel-Optik
Vorzugsweise kann die gekrümmte Fläche bzw. das gekrümmte Flächenstück einen parabelförmigen Verlauf aufweisen.Preferably, the curved surface or the curved surface piece may have a parabolic course.
Vorzugsweise werden die immer größer werdenden bzw. weiter geöffneten gekrümmten Flächen
Die Leuchte hat vorzugsweise parabelförmig gekrümmte Flächen, die vorteilhaft so bemessen sind, dass die LED
Vorzugsweise werden mehrere Einzel-Optiken dergestalt aneinandergereiht, dass eine beliebige neue Gesamt-Optik
Vorzugsweise verfügt die Einzel-Optik über eine beliebige Ausnehmung
Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform kann die Ausnehmung durch ein entsprechend gestaltetes Designteil
Die Ausnehmung kann so gestaltet sein, dass sie das Licht in definierte Richtungen lenkt, so dass dieses Licht durch weitere optische Elemente innerhalb oder außerhalb der Einzel-Optik effektiv zur Erreichung von definierten Lichtintensitäten genutzt werden kann, wobei dadurch ergänzend zur LED weitere Brennpunkte entstehen.The recess can be designed so that it directs the light in defined directions, so that this light can be effectively used by other optical elements within or outside the single optics to achieve defined light intensities, thereby creating additional focal points in addition to the LED.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Leuchte mehrere Gesamt-Optiken
Die Einzel-Optik oder die Gesamt-Optik kann vorzugsweise die Abschluss-Scheibe der Leuchte darstellen.The single optics or the overall optics may preferably represent the end plate of the luminaire.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Leuchte kann mindestens eine zusätzliche Lichtscheibe aufweisen, die die gesamte Einheit abdeckt.A further preferred embodiment of a luminaire may have at least one additional lens which covers the entire unit.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Leuchte, bei der das Gehäuse
Die Erfindung betrifft zudem eine weitere vorzugsweise Einzel-Optik für eine Leuchte, wobei die Einzel-Optik eine Totalreflexion ermöglicht und eine erste im wesentlichen parabelförmige gekrümmte Fläche und Teilstücke mindestens einer weiteren im wesentlichen parabelförmige gekrümmte Fläche aufweist, wobei die erste parabelförmig gekrümmte Fläche relativ zu mindestens einer weiteren parabelförmig gekrümmten Fläche einen engeren Verlauf aufweist.The invention also relates to a further preferably single optic for a luminaire, wherein the single optic enables total reflection and has a first substantially parabolic curved surface and portions of at least one further substantially parabolic curved surface, wherein the first parabolic curved surface relative to at least one further parabolic curved surface has a narrower course.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Einzel-Optik für eine Leuchte ermöglicht eine Totalreflexion. Diese vorteilhafte Ausführung weist erste gekrümmte Flächenstücke und zweite gekrümmten Flächenstücken auf. Die ersten bzw. zweiten gekrümmten Flächenstücke dieser vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich entlang einer ersten bzw. zweiten gekrümmten Fläche mit vorteilhaft einem gemeinsamen Ursprung. Die erste gekrümmte Fläche dieser vorteilhaften Ausführung weist einen engeren Verlauf als die zweite gekrümmte Fläche auf. Vorteilhaft erstrecken sich bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform die ersten bzw. zweiten gekrümmten Flächenstücke entlang einer ersten bzw. zweiten paraboloiden Flächen mit gemeinsamen Ursprung, wobei die erste paraboloide Fläche eine engeren Verlauf aufweist als die zweite paraboloide Fläche.A further advantageous embodiment of a single optic for a luminaire allows total reflection. This advantageous embodiment has first curved surface pieces and second curved surface pieces. The first and second curved patches of this advantageous embodiment extend along a first or second curved surface, advantageously with a common origin. The first curved surface of this advantageous embodiment has a narrower course than the second curved surface. Advantageously, in this preferred embodiment, the first and second curved patches extend along first and second paraboloidal surfaces of common origin, respectively, with the first paraboloidal surface having a narrower path than the second paraboloidal surface.
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