DE4313366A1

DE4313366A1 - Prismatic element for maximising directional efficiency of light source - has moulded or ground refracting and reflecting element in front of light source for re-directing stray and secondary light flux

Info

Publication number: DE4313366A1
Application number: DE4313366A
Authority: DE
Inventors: Harald Ing Weingaertner
Original assignee: D Swarovski KG
Current assignee: D Swarovski KG
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-05-05

Abstract

The prismatic element (1) of glass or other transparent material is positioned in front of the light source of a lighting unit (not shown) in order to re-direct light rays which deviate by more than 45 deg. from the main flux direction into a path contained by an angle of less than 45 deg.. The element (1) is formed by grinding or moulding the frustum of a cone to generate the facets (8) at an angle (beta) to the optical axis, a central conical depression (3) of angle (alpha) and a facetted cone (5) of angle (gamma). Stray light and secondary reflections are re-aligned by refraction and total internal reflection to maximise the resultant flux distribution and minimise glare. USE/ADVANTAGE - Concentrates usable lightflux for improved distribution and efficiency of illumination of surfaces. Has corrective influence on effectiveness of reflectors or glare-reduction screens which improves functional and aesthetic performance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Element aus transparentem Material zur Variation der Lichtstrahlen einer Be leuchtungseinrichtung.The invention relates to an element made of transparent Material for varying the light rays of a Be lighting device.

Beleuchtungseinrichtungen werden in großem Umfang zur Ausstrahlung architektonischer Nutzflächen und Gewer beflächen verwendet. Ihre Ausgestaltung und Konstruk tion ist im wesentlichen daraufausgerichtet, hohe Lichtausbeuten bei geringem Energieaufwand zu erzie len. Nachteilig bei den meisten bisher verwendeten Be leuchtungseinrichtungen ist, daß aufgrund von Streu licht große Lichtmengen nicht genutzt werden können und dieses Streulicht zudem eine unerwünschte und un günstige Blendwirkung hat. Reflektoren von Beleuch tungseinrichtungen haben häufig ein Ausblendverhalten, das nicht den DIN-Empfehlungen (DIN 5035) entspricht, und Korrekturen des Ausblendverhaltens beeinträchtigen die Lichtverteilungskurve des Reflektors.Lighting devices are used on a large scale Radiance of architectural usable areas and trades surfaces used. Your design and construction tion is essentially geared towards high To educate light yields with low energy consumption len. A disadvantage of most of the Be used so far lighting equipment is that due to litter large amounts of light cannot be used and this stray light also an undesirable and un has favorable glare. Reflectors from Beleuch equipment often has a masking behavior, that does not meet the DIN recommendations (DIN 5035), and corrections to the masking behavior the light distribution curve of the reflector.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor richtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher das Ausblendverhalten von Beleuchtungseinrichtungen bzw. Reflektoren in optimaler Weise korrigiert werden kann, wobei nicht nur lichttechnischen, sondern auch ästhe tischen Gesichtspunkten Rechnung getragen wird.The object of the present invention is to provide a to provide the direction with which the Hiding behavior of lighting devices or Reflectors can be corrected in an optimal way, not only lighting technology, but also aesthetics technical aspects are taken into account.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Ausblendung über einen lichtdurchlässigen Körper durchzuführen, dessen Geometrie so ausgestaltet ist, daß diese durch Brechung und innere Reflexion erreicht wird.The invention is based on the idea of fading out perform over a translucent body, whose geometry is designed so that by Refraction and inner reflection is achieved.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Element aus transparentem Material zur Variation der Licht strahlen einer Beleuchtungseinrichtung, wobei das Ele ment Lichtstrahlen, die unter einem Winkel von mehr als 45° zur Hauptlichtabstrahlrichtung von der Be leuchtungseinrichtung emittiert werden, zumindest zum Teil derart umgelenkt, daß sie vom Element in einem Winkel von weniger als 45° emittiert werden.The present invention relates to an element made of transparent material to vary the light radiate a lighting device, the Ele ment light rays that are at an angle of more than 45 ° to the main light emission direction from the Be lighting device are emitted, at least for Part deflected so that it from the element in one Angles of less than 45 ° can be emitted.

Wird ein derartiges Element einer Beleuchtungseinrich tung bzw. einem Reflektor vorgesetzt, kann damit eine optimale Ausleuchtung der zu beleuchtenden Fläche er zielt werden, bei gleichzeitig unterdrückter Blendwir kung.Such an element of a lighting device device or a reflector, can be a optimal illumination of the area to be illuminated be aimed at while suppressing glare kung.

Bevorzugte Ausführungsformen des transparenten Elemen tes ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments of the transparent element tes result from the subclaims.

So ist das Element bevorzugt als Kegelstumpf ausgebil det, in dessen Grundfläche eine kegelförmige Vertie fung vorgesehen ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der zur Grundfläche parallelen Schnittfläche des Kegelstumpfes eine Kegelspitze ange formt. Es versteht sich, daß hierbei die Mantelfläche der Kegelspitze unter einem Winkel zur Mantelfläche des Kegelstumpfes angeordnet ist und Kegelstumpf und Kegelspitze einstückig ausgeführt sind.The element is preferably designed as a truncated cone det, in the base of a conical recess fung is provided. In another preferred Embodiment is on the parallel to the base Cutting surface of the truncated cone is a cone tip forms. It is understood that here the lateral surface the cone tip at an angle to the lateral surface of the truncated cone is arranged and truncated cone and Cone tip are made in one piece.

Um eine optimale Ausblendung zu erreichen, sollte das transparente Element bestimmten geometrischen Bedin gungen gehorchen. So ist der Winkel α zwischen der Ke gelfläche der kegelförmigen Vertiefung und der Kegel achse so zu wählen, daß er zwischen 50 und 80° liegt. Besonders geeignet ist ein Winkel a zwischen 60 und 70°, insbesondere 65°.In order to achieve optimal fading out, this should transparent element certain geometric condition obey. So is the angle α between the ke gel surface of the conical depression and the cone choose axis so that it lies between 50 and 80 °. An angle a between 60 and is particularly suitable 70 °, especially 65 °.

Der Winkel β zwischen der Mantelfläche des Kegel stumpfes und der Kegelachse sollte so gewählt werden, daß er zwischen 2° und 20° liegt. Besonders bevorzugt sollte ein Winkel β zwischen 8° und 13° gewählt wer den, insbesondere von 10,5°.The angle β between the lateral surface of the cone blunt and the cone axis should be chosen that it is between 2 ° and 20 °. Particularly preferred an angle β between 8 ° and 13 ° should be chosen the, especially of 10.5 °.

Ist an dem Kegelstumpf eine Kegelspitze angeformt, so sollte der Winkeln γ zwischen der Mantelfläche der Ke gelspitze und der Kegelachse so gewählt werden, daß er zwischen 60° und 90° liegt. Besonders bevorzugt sollte ein Winkel γ zwischen 70° und 80° gewählt werden, ins besondere ein Winkeln γ von 75°.If a cone tip is formed on the truncated cone, so should the angle γ between the lateral surface of the Ke gel tip and the cone axis are selected so that it is between 60 ° and 90 °. Should be particularly preferred an angle γ between 70 ° and 80 ° can be selected, ins in particular an angle γ of 75 °.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsmerkmale er lauben einzeln und in Kombination miteinander eine äu ßerst kompakte Gestaltung des Ausblendelementes, so daß im Unterschied zu den bisher üblichen Formen, die Größe des auszublenden Reflektors im Durchmesser nur minimal überschritten wird.The features described above he individually and in combination with each other extremely compact design of the masking element, see above that in contrast to the usual forms, the Size of the reflector to be hidden in diameter only is exceeded minimally.

Die Funktionalität des Ausblendkörpers berücksichtigt dabei folgende allgemeine Reflektoreigenschaften:The functionality of the blanking body is taken into account the following general reflector properties:

1. Die Lampendirektstrahlung, d. h. jene Strahlung, die von der Lampe nach unten zur Beleuchtungsebene abgege ben wird, wird zur senkrechten optischen Achse umge lenkt. Viele Leuchtmittel weisen dabei die Eigenschaft auf, daß die das Licht emittierende Medium (z. B. Glüh wendel) umgebenden Glasteile ein zusätzliches Streu licht durch Lampenglasreflexionen verursachen und so mit eine zusätzliche Blendquelle darstellen. Auch die ser Streulichtanteil wird von dem erfindungsgemäßen transparenten Element erfaßt.1. The direct lamp radiation, d. H. that radiation that from the lamp down to the lighting level ben is converted to the vertical optical axis directs. Many lamps have the property that the light-emitting medium (e.g. glow spiral) surrounding glass parts an additional litter cause light from lamp glass reflections and such with an additional source of glare. That too water scattered light is from the invention transparent element detected.

2. Die Reflektorstrahlung, d. h. jene Strahlung, die über den Reflektor zur Beleuchtungsebene gelenkt wird, bleibt praktisch unberührt. Gegenüber bereits bekann ten Ausblendelementen, die jedoch nur die Lampendi rektstrahlung berücksichtigen, nimmt das transparente Element gemäß der vorliegenden Erfindung auch jene Re flektorstrahlung auf, die durch das das Licht emit tierende Medium umgebende Glasteil am Reflektor wie derum ein zusätzliches Streulicht verursacht und lenkt sie um.2. The reflector radiation, d. H. that radiation that is directed to the illumination level via the reflector, remains practically untouched. Opposite already known hiding elements, but only the lamp diodes taking into account direct radiation takes the transparent Element according to the present invention also those Re on which the light emits medium surrounding glass part on the reflector like which causes and directs an additional scattered light them around.

Durch die optisch-geometrische Formgebung des erfin dungsgemäßen transparenten Elementes wird damit sämt liches aus dem Reflektor nach unten austretende Licht erfaßt, auch jenes Streulicht, welches durch die Leuchtmittelkonstruktion bedingt ist.Due to the optical-geometric shape of the inventor inventive transparent element is all light emerging from the reflector downwards also detects that scattered light which is caused by the Bulb construction is necessary.

Im Endeffekt wird nur die gewünschte Reflektorstrah lung durchgelassen. Das restliche Streulicht der Lam pendirektstrahlung, der Lampenglasreflexion sowie das Reflektorstreulicht, wird durch Totalreflexionen ent weder nach oben zur Decke oder in Richtung senkrechter optischer Achse hin gelenkt.In the end, only the desired reflector beam let through. The remaining stray light from the lam direct radiation, lamp glass reflection and that Diffused reflector light is emitted by total reflections neither upwards towards the ceiling nor towards vertical steered optical axis.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die einzelnen Flächen des transparenten Elementes, insbe sondere die Mantelfläche des Kegelstumpfes oder die Mantelfläche der gegebenenfalls vorhandenen Kegel spitze, facettiert sein. Ein bevorzugtes Material ist daher Glas. Durch die Facettierung bestimmter Flächen des Elementes wird insbesondere ein dekorativer Effekt erzielt, da ein gewisser Streulichtanteil über die Fa cetten spektral zerlegt wird.In further preferred embodiments, the individual areas of the transparent element, esp special the outer surface of the truncated cone or the Lateral surface of the cones, if any pointed, faceted. A preferred material is hence glass. By faceting certain areas the element becomes a decorative effect achieved because a certain amount of scattered light from the company cetten spectrally decomposed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention with reference to the drawings explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemäßen transparenten Elementes; Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of the transparent element according to the invention.

Fig. 2 eine Ansicht der Grundfläche des Elementes in Fig. 1. FIG. 2 is a view of the base of the element in FIG. 1.

Die Zeichnung zeigt das erfindungsgemäße Element 1 zur Variation der Lichtstrahlen einer Beleuchtungseinrich tung in einer bevorzugten Ausführungsform. Das Element ist dabei als Kegelstumpf ausgebildet. An der zur Grundfläche 2 des Kegelstumpfes parallelen Schnittflä che 4 ist eine Kegelspitze 5 angeformt. Die Mantelflä che 8 des Kegelstumpfes und die Mantelfläche 9 der Ke gelspitze 5 sind facettiert. In der Grundfläche 2 des Kegelstumpfes ist eine kegelförmige Vertiefung ausge nommen. Diese kegelförmige Vertiefung 3 erstreckt sich von der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes zentralmittig nach innen. Das Element 1 ist einstückig ausgebildet und besteht bevorzugt aus geschliffenem und facettier tem Glas. Es kann jedoch auch Preßglas verwendet wer den oder ein anderes transparentes lichtbrechendes Ma terial. Die Facettierung des transparenten Elementes 1 ist besonders unter ästhetischen Gesichtspunkten wün schenswert, hat jedoch auch Einfluß auf die Ausblend wirkung des Elementes.The drawing shows the element 1 according to the invention for varying the light rays of a lighting device in a preferred embodiment. The element is designed as a truncated cone. At the base 2 of the truncated cone parallel surface 4 a cone tip 5 is formed. The Mantelflä surface 8 of the truncated cone and the lateral surface 9 of the Ke gelspitze 5 are faceted. In the base 2 of the truncated cone, a conical recess is taken out. This conical recess 3 extends centrally from the lateral surface 8 of the truncated cone inwards. The element 1 is formed in one piece and preferably consists of cut and faceted glass. However, pressed glass can also be used who the or another transparent refractive material. The faceting of the transparent element 1 is particularly desirable from an aesthetic point of view, but also has an effect on the fading out effect of the element.

In der gezeigten Ausführungsform ist die kegelförmige Vertiefung 3 so angelegt, daß der Winkel α zwischen der Kegelfläche 6 der kegelförmigen Vertiefung 3 und der liniert dargestellten Kegelachse 7 65° beträgt. Die Neigung des Kegelstumpfes ist so gewählt, daß der Winkel β zwischen der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes und der Kegelachse 7 10,5° beträgt. Ist wie im darge stellten Ausführungsbeispiel eine Kegelspitze 5 ange formt, so beträgt der Winkel γ wie dargestellt zwi schen der Mantelfläche 9 der Kegelspitze 5 und der Ke gelachse bevorzugt 75°.In the embodiment shown, the conical recess 3 is designed such that the angle α between the conical surface 6 of the conical recess 3 and the conical axis 7 shown in a line is 65 °. The inclination of the truncated cone is chosen so that the angle β between the outer surface 8 of the truncated cone and the cone axis 7 is 10.5 °. If, as in the exemplary embodiment shown, a cone tip 5 is formed, the angle γ as shown between the circumferential surface 9 of the cone tip 5 and the cone axis is preferably 75 °.

Die Lage der Kegelfläche 6 wurde unter Berücksichti gung der Reflektorstrahlung und der Lampendirektstrah lung festgelegt, und zwar in der Weise, daß die Re flektorstrahlung zur senkrechten optischen Achse ge brochen wird, während die Lampendirektstrahlung so in Richtung der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes gebro chen wird, daß an dieser die austretenden Strahlen sehr stark zur senkrechten optischen Achse umgelenkt werden, bzw. zum Teil total reflektiert werden, wo durch der erste Schritt der Reflektorentblendung er möglicht wird.The position of the conical surface 6 was determined taking into account the reflector radiation and the lamp direct radiation, in such a way that the reflector radiation is broken to the vertical optical axis, while the direct lamp radiation is broken in the direction of the lateral surface 8 of the truncated cone, that the emerging rays are very strongly deflected to the vertical optical axis, or partially totally reflected, where it is possible through the first step of reflector glare.

Die Neigung der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes wurde unter Berücksichtigung der Kegelfläche 6 der kegelför migen Vertiefung 3 auf 10,5° festgelegt. Gleichzeitig muß die Mantelfläche 8 jedoch zum Zweck der optimalen Ausblendung die sogenannte Fresnel′sche Reflexion, das ist jener Lichtanteil, der an der Grenzfläche zwischen optisch dichterem Medium und optisch dünnerem Medium reflektiert wird, obwohl keine Totalreflexion vor liegt, so berücksichtigen, daß an der gegenüberliegen den Fläche nicht Strahlen im Ausblendbereich austreten können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Neigung der Fläche 8 auch im Hinblick auf die Mantelfläche 9 der gegebenenfalls vorgesehenen Kegelspitze 5, falls dies nicht der Fall ist, auf die Schnittfläche des Ke gelstumpfes, so abgestimmt wird, daß sämtliche Fres nel′sche Reflexionen der Mantelfläche 8 auf die Fläche 9 bzw. 4 treffen. Dort werden sie total reflektiert und verlassen in Richtung Decke den Ausblendkörper, wodurch auch dieser Anteil an Blendung aufgehoben und nutzbringend zur Deckenaufhellung eingesetzt wird.The inclination of the lateral surface 8 of the truncated cone was set to 10.5 °, taking into account the conical surface 6 of the conical depression 3 . At the same time, however, for the purpose of optimal suppression, the lateral surface 8 must take into account the so-called Fresnel reflection, that is the proportion of light which is reflected at the interface between the optically denser medium and the optically thinner medium, although there is no total reflection, so that at opposite to the surface, rays cannot escape in the masking area. This is achieved in that the inclination of the surface 8 also with respect to the lateral surface 9 of the conical tip 5 , if provided, if this is not the case, is matched to the cut surface of the gel stump so that all Fres nel reflections of the Meet the outer surface 8 on the surface 9 or 4 . There they are totally reflected and leave the blanking body in the direction of the ceiling, which also eliminates this amount of glare and is useful for brightening the ceiling.

Die gezeigte Mantelfläche 9 der Kegelspitze 5 steht mit der Fläche 6 der kegelförmigen Vertiefung 3 inso fern in Zusammenhang, als die dort leicht gebrochenen Strahlen des Reflektorlichtkegels zur senkrechten op tischen Achse nun wieder beim Austritt aus dem Aus blendkörper annähernd in ihre ursprüngliche Lage ge brochen werden und sich praktisch die ursprünglich vom Reflektor bewirkte Lichtverteilung an der Auffange bene, d. h. der Nutzungsebene, einstellt.The lateral surface 9 shown of the cone tip 5 is connected to the surface 6 of the conical recess 3 insofar as the rays of the reflector light cone, which are slightly broken there, to the vertical optical axis are now broken again approximately into their original position when they emerge from the glare body and practically the light distribution originally caused by the reflector at the catchment level, ie the usage level, is established.

In der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen transparenten Elementes, worin der Winkel α 65°, der Winkel β 10,5° und der Winkel γ 75° beträgt, ist die Höhe a des Kegelstumpfes auf 25,1 mm festgelegt, die Gesamthöhe b, inklusive angeformter Kegelspitze, be trägt 31,85 mm. Der Durchmesser c des Elementes be trägt 59,3 mm. Es versteht sich, daß diese Angaben bei jeweiliger Ausgestaltung variieren können und je nach Lichtquelle und sonstigen Erfordernissen aufeinander abgestimmt werden müssen. Das erfindungsgemäße Element kann als reiner Preßglaskörper ausgestaltet werden, dessen Oberfläche jedoch poliert, z. B. säurepoliert sein sollte, um die Funktionalität wie oben beschrie ben zu gewährleisten. Zur Erhöhung des dekorativen Charakters empfiehlt sich jedoch, die Keglestumpfman telfläche facettiert zu gestalten. Dabei sollte die Facettierung in ungerader Anzahl erfolgen, z. B. 11- fach, damit die unvermeidlichen Streulichtreflexionen und Streulichtbrechungen radial versetzt werden. Mit anderen Worten, durch die ungerade Anzahl von Facetten wird erreicht, daß bei Einblick in das Ausblendelement über eine der Facetten an der Mantelfläche 8 des Ke gelstumpfes, auf der gegenüberliegenden Seite keine Facette sichtbar ist, deren Streulichtreflexion in den Ausblendbereich reflektiert werden könnte, sondern zwei im Winkel versetzte Facetten, deren Streulichtre flexion umgelenkt wird (siehe dazu Fig. 2).In the embodiment of the transparent element according to the invention shown, wherein the angle α is 65 °, the angle β is 10.5 ° and the angle γ is 75 °, the height a of the truncated cone is fixed at 25.1 mm, the total height b, including the molded one Cone tip, be 31.85 mm. The diameter c of the element is 59.3 mm. It goes without saying that this information can vary with the respective design and must be coordinated with one another depending on the light source and other requirements. The element according to the invention can be designed as a pure pressed glass body, but the surface of which is polished, e.g. B. should be acid polished to ensure the functionality as described above ben. To increase the decorative character, however, it is advisable to make the Keglestumpfman telface faceted. The faceting should take place in an odd number, z. B. 11 times, so that the inevitable stray light reflections and stray light refractions are radially offset. In other words, the odd number of facets ensures that when looking into the masking element via one of the facets on the lateral surface 8 of the cone stump, no facet is visible on the opposite side, the scattered light reflection of which could be reflected in the masking area, but instead two facets offset at an angle, the scattered light reflection of which is deflected (see also FIG. 2).

In diesem bevorzugten Fall können die Kegelfläche der kegelförmigen Vertiefung 5 und die Mantelfläche 9 der Kegelspitze 5 unfacettiert bleiben. Deren Facettierung ist dann nur zur Verstärkung des dekorativen Charak ters erforderlich.In this preferred case, the conical surface of the conical depression 5 and the lateral surface 9 of the conical tip 5 can remain unfacetted. Their faceting is then only necessary to reinforce the decorative character.

Das erfindungsgemäße transparente Element bzw. das dargestellte Ausblendelement ist in seiner maßgebli chen Beschaffenheit insbesondere für Kaltlichtreflek torlampen bestimmt und ist so dimensioniert, daß sämt liche Strahlenverteilungen (von eng- bis breitstrah lend, unabhängig vom Hersteller) optimal durch das Ausblendelement durchtreten können. Die letztendliche Geometrie des Ausblendelementes muß der jeweiligen Strahlenverteilung zugrunde gelegt werden.The transparent element according to the invention or the Hiding element shown is in its decisive Chen quality especially for cold light reflections Goal lamps determined and is dimensioned so that all beam distribution (from narrow to wide beam lend, regardless of the manufacturer) optimally through the Masking element can pass through. The ultimate The geometry of the blanking element must match the respective Radiation distribution can be used.

Claims

1. Element made of transparent material for varying the light rays of a lighting device, characterized in that the element ( 1 ) radiate light that are emitted from the lighting device at an angle of <45 ° to the main light emission direction, at least partially deflected such that they are emitted by the element at an angle of <45 °.

2. Element according to claim 1, characterized in that it is designed as a truncated cone, in the base ( 2 ) of which a conical depression ( 3 ) is provided.

3. The element of claim 1 or 2, characterized in that on the plane parallel to the base surface (2) cut surface (4) of the truncated cone a cone tip (5) is formed.

4. Element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the angle α between the conical surface ( 6 ) of the conical recess ( 3 ) and the conical axis ( 7 ) is between 50 ° and 80 °.

5. Element according to claim 4, characterized in that the angle α is between 60 ° and 70 °.

6. Element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the angle β between the outer surface ( 8 ) of the truncated cone and the cone axis ( 7 ) is between 2 ° and 20 °.

7. Element according to claim 6, characterized in that the angle β is between 8 ° and 13 °.

8. Element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the angle γ between the lateral surface ( 9 ) of the cone tip ( 5 ) and the cone axis ( 7 ) is between 60 ° and 90 °.

9. Element according to claim 8, characterized in that the angle γ is between 70 ° and 80 °.

10. Element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the outer surface ( 8 ) of the truncated cone is faceted.

11. Element according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outer surface ( 9 ) of the cone tip ( 5 ) is faceted.

12. Element according to any one of claims 1 to 11, there characterized in that it is made of cut glass consists.