DE3919834A1

DE3919834A1 - Vorrichtung zur gleichmaessigen lichtverteilung in einem dreiecksaeulenfoermigen reflektorraum

Info

Publication number: DE3919834A1
Application number: DE19893919834
Authority: DE
Inventors: Heinz-Juergen Fandrich
Original assignee: FANDRICH HEINZ JUERGEN
Current assignee: FANDRICH HEINZ JUERGEN
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1990-12-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, bestehend aus einem dreiecksäulenförmigen Reflektorraum, dessen Be grenzungsflächen an 2 Seiten durchsichtig sind.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE OS 19 49 202) wurden dreiecksäulenförmige Reflektorräume in einer durch sichtigen und einer offenen Seite ausgebildet. Über die Winkelstellungen der Begrenzungsflächen wird nichts ausgesagt. Ebenso wurde keine Abstrahlwinkel begrenzende Einspeiseoptik vorgesehen. Der in den Reflektorraum gelenkte Lichtstrom wird so abgeschirmt, daß er ausschließlich über eine diffus reflektierende, schräg stehende Grenzfläche auf die durch sichtige Seite des Reflektorraums gelenkt wird. Die durch sichtige Reflektorraumseite ist für die Lichtverteilung im bekannten System nicht notwendig.

Vorrichtungen der bekannten Art werden derzeit für Werbe- und Hinweisleuchten eingesetzt. Messungen ergaben extremen Leuchtdichteabfall, beginnend mit sehr hohen Leuchtdichten in der Nähe der Lichtquelle und geringen Leuchtdichten in weiter von der Lichtquelle entfernten Bereichen. Hierbei treten bei Lichtverteilerlängen von 300 mm bereits Leucht dichteunterschiede von 1 : 50 und mehr auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart weiterzubilden, daß für das menschliche Auge eine gleichmäßige Flächenleuchtdichte auf den Grenz flächen des Reflektorraums erscheint. Ein Leuchtdichtegefälle von 1 : 3 soll nicht wesentlich überschritten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von den dreieckbildenden Grenzflächen eingeschlossenen Winkel sich in den Winkelbereichen α von 110°-90°, β von 80° bis 60°, γ von 15° bis 5° zur Winkelsumme im Dreieck ergänzen und die dem Winkel q gegenüberliegende Begrenzungsfläche eine durchsichtige Lichteinspeiseoptik mit einem Abstrahlwinkel δ gleich oder kleiner 35° ist.

Die Stellungen der Reflektorraumgrenzflächen zuein ander (definiert durch die Winkelbereiche α, β, γ) sind im erfindungsgemäßen Fall solcher Art, daß über eine Ein speiseoptik mit Abstrahlwinkelbegrenzung (definiert durch den Winkelbereich w) eingespeistes Licht eine begrenzte Anzahl dreiecksäulenförmiger Reflektorräume (unterschied licher Höhe, Breite, Neigung) gleichmäßig erscheinend aus leuchtet.

Wesentlich hierbei ist es, alle drei Seiten der Reflektor säule als reflektionsfähige Grenzflächen auszubilden, wobei eine Grenzfläche aus undurchsichtigem diffus reflektieren dem Material und eine zweite Grenzfläche aus durchsichti gem Material mit möglichst hohem Brechungsindex besteht. Da der Lichtstrom durch die dritte Grenzfläche hindurch gerichtet in die Reflektorsäule eingespeist wird, trifft er zum Teil auf die diffus reflektierende undurchsichtige Grenzfläche, um von dort unter steilen Winkeln in Richtung der durchsichtigen Grenzfläche aus der Reflektorsäule ausgelenkt zu werden. Der verbleibende Teil des gerichteten Lichtstroms trifft auf das durchsichtige Material der zwei ten Grenzfläche. Die Abstrahlwinkelbegrenzung der Einspeise optik ist so ausgelegt, daß der die zweite Grenzfläche streifende Lichtstrom den Totalreflektionswinkel des durch sichtigen Materials überschreitet und somit durch beide Oberflächen dieser zweiten Grenzfläche auf die undurch sichtige erste Grenzfläche zurückreflektiert wird, um den dort ebenfalls ausgelenkt zu werden.

Die Abstrahlwinkelbegrenzung der Einspeiseoptik ermöglicht in gesamter Höhe beider Grenzflächen ein gleichmäßiges Bestreichen mit Licht.

Nur im Bereich der vier miteinander korrespondierenden Winkelbereiche und den daraus resultierenden Grenzflächen stellungen sowie deren zugeordneten Abstrahlbegrenzung ist ein Leuchtdichtegefälle von ca. 1 : 3 sichergestellt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik liegt in seiner gleich mäßigen Ausleuchtung, die die Lesbarkeit auf einer der Grenzflächen angebrachter Informationen über wesentlich weitere Entfernungen ermöglicht. Es bietet sich so eine qualitativ gleichwertig ausgeleuchtete Alternative zu traditionellen Leuchttransparenten vergleichbarer Größe, jedoch zu wesentlich günstigeren Herstellungskosten mit gleichzeitig geringerem Energieverbrauch.

Die gemäß Anspruch 2 definierte Untergrenze des Abstrahl winkels der Einspeiseoptik ist sinnvoll, da ab δ kleiner 20° Verschattungen in lichtquellennahen Grenzflächen zonen auftreten.

Bezüglich der Lichteinspeiseoptik bestehen Variations möglichkeiten, die im wesentlichen als technisch gleich wertig zu betrachten sind, jedoch wesentliche Unterschiede in stückzahlbezogenen Herstellungskosten aufweisen. Die benötigte Abstrahlwinkelbegrenzung der Einspeiseoptik kann sowohl über folienförmige Stufenlinsen gem. Anspruch 3, als auch über stranggezogene Sammel-, Zerstreuungs- oder Fresnellinsen gem. Anspruch 4-6 herbeigeführt werden.

Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Kombination der folienförmigen Stufenlinsen gem. Anspruch 3 mit einer der unter Anspruch 3-6 beschrie benen Linsenformen. Vorteil dieser Weiterentwicklung ist es, die theoretisch ermittelte Abstrahlbegrenzung präzise rekonstruieren zu können und gleichzeitig die bei Einfach linsenformen auftretende Streustrahlungen gering zu halten.

Ebenfalls eine Weiterentwicklung ist in der Lichtröhrennachformung des Lichteinspeiseprofils gem. Anspruch 8 zu sehen. Leuchtstoffröhren geben an jedem Punkt ihrer Oberfläche Licht unter allen erdenklichen Winkeln gleichzeitig ab. Um einen möglichst hohen Anteil des Leuchtstoffröhrenlichts in die Einspeiseoptik zu lenken ist es sinnvoll, die Leuchtstoffröhre weitgehend mit einem lichtleitenden Material zu umschließen.

Weiterhin ist es sinnvoll, die durchsichtigen Grenzflächen aus Materialien mit hohem Brechungsindex herzustellen um einen möglichst hohen Totalreflektionswinkel zu erhalten. Hierbei ist gedacht an Polymethylmetaacrylat (n = 1,49) Polycarbonat (n = 1,585) oder Polysterol (n = 1,59).

Ebenfalls denkbar ist es, gegenüber der Begrenzungsfläche (4) eine geneigte reflektierende Spiegelfläche zwischen den Begrenzungsflächen 2 und 3 vorzusehen um annähernd paralle zur durchsichtigen Grenzfläche verlaufende Licht ströme auf die reflektierende undurchsichtige Grenzfläche zurückzustrahlen, so, daß sie aus der Reflektorsäule aus gelenkt werden können.

Zur Erhöhung des Helligkeitsempfindens ist es sinnvoll, eine mattweiße diffus reflektierende Schicht oder eine mattweiß grundierte Perlfoliendiffusionsschicht vorzusehen.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Fig. I.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung besteht aus:

1 Dreiecksäulenförmiger Reflektorraum
2 diffus reflektierende undurchsichtige Begrenzungsfläche
3 durchsichtige Begrenzungsfläche
4 Begrenzungsfläche mit durchsichtiger Lichteinspeiseoptik
5 Lichtquelle (Leuchtstoffröhre)
6 Lichtquellenreflektor (z. B. parabolische Spiegelrinne α, b, γ) Definitionsbereichswinkel zur Neigung der Grenzflächen
δ Definitionsbereich des Abstrahlwinkels der Licht einspeiseoptik (bezogen auf die ideale Flächennormale der Lichteinspeiseoptik).

Der von der Lichtquelle (5) abgegebene Lichtstrom wird auf die Lichteinspeiseoptik der Grenzfläche (4) gelenkt. Die Lichteinspeiseoptik begrenzt den Lichtstromfächer im Winkel 2δ auf der gesamten Breite und Länge der Einspeise optik. Das von der Lichteinspeiseoptik abgestrahlte Licht nimmt dabei in etwa den durch Pfeile dargestellten Verlauf. Ein Teil des Lichtstroms trifft auf die diffus reflektierende undurchsichtige Grenzfläche (2) und wird von dort unter steilen Winkeln in Richtung der durchsichtigen Grenzfläche (3) ausgelenkt. Der andere Teil des Lichtstroms trifft auf die durchsichtige Grenzfläche (3) und wird von dort in Richtung der undurchsichtigen Grenzfläche (2) zurückreflek tiert und dort ebenfalls unter steilen Winkeln ausgelenkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als extrem flacher Leuchtkörper, z. B. Werbetransport, Informations leuchte oder Anzeigen- und Armaturenausleuchtung eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Lichtverteilung in einem dreiecksäulenförmigen Reflektorraum (1), dessen Begren zungsflächen (2/3/4) an zwei Seiten durchsichtig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von den dreieckbildenden Grenzflächen (2/3/4) eingeschlossenen Winkel sich in den Winkelbereichen α von 110°-90°, β von 80° bis 60°, γ von 15° bis 5° zur Winkelsumme im Dreieck ergänzen und die dem Winkel γ gegenüberlie gende Begrenzungsfläche (4) eine durchsichtige Licht einspeiseoptik mit einem Abstrahlwinkel δ gleich oder kleiner 35° ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstrahlwinkel der Licht einspeiseoptik größer 20° und kleiner 35° ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichteinspeiseoptik der Begrenzungsfläche (4) eine Stufenlinse aus vorzugsweise 0,5 mm dünner Folie mit prismatisch längst zur Dreieck säule gerillter Oberfläche, deren Rillenabstand kleiner 0,4 mm und Rillenhöhe kleiner 0,2 mm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichteinspeiseoptik eine stranggezogene Fresnellinse ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichteinspeiseoptik der Begrenzungsfläche (4) eine stranggezogene Sammellinse ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichteinspeiseoptik der Begrenzungsfläche (4) eine stranggezogene Zerstreuungs linse ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichteinspeiseoptik der Begrenzungsfläche (4) eine Kombination aus Fresnellinse gem. Anspruch 4, Sammellinse gem. Anspruch 5 oder Zerstreuungslinse gem. Anspruch 6 mit eingelegter folienförmiger Stufenlinse gem. Anspruch 3 ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekenn zeichnet, daß die zur Lichtquelle (5) gewandte Seite der Lichteinspeiseoptik ein den Konturen einer Leuchtstoffröhre (5) nachgeformtes Lichteinspeiseprofil mit totalreflektierenden Wangen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Begrenzungsflächen (2) und/oder (3) durchsichtig ist und aus einem Material mit einem Brechungsindex gleich oder größer 1,49 besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1-9, dadurch gekenn zeichnet, daß gegenüber der Begrenzungsfläche (4) eine reflektierende Fläche zwischen den Begrenzungs flächen (2) und (3) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1-10, dadurch gekenn zeichnet, daß die nicht durchsichtige Grenzfläche eine diffuse, vorzugsweise mattweiße Reflexionsschicht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1-9, dadurch gekenn zeichnet, daß die nicht durchsichtige Grenzfläche eine weiß grundierte Perlfolien-Reflexschicht ist.