DE4421781A1

DE4421781A1 - Step-configuration lens for lighting installation

Info

Publication number: DE4421781A1
Application number: DE4421781A
Authority: DE
Inventors: Walter Bahnmueller
Original assignee: Sidler GmbH and Co
Current assignee: Sidler GmbH and Co
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-04

Abstract

The compact lens (1) clipped over the light fitting has a convex outer profile and a stepped inner profile. The inner profile has several sectors (6, 7, 8), each with a sloping inner face to collect light and direct it at preset angles to the main axis (3) of the lens. The plastic moulded lens is formed complete with retaining clips (12) and has the separate radial sectors combining their outputs to generator the required beam-size and direction. At least two steps over the lens diameter are provided for the profile.

Description

Die Erfindung betrifft eine Linse, insbesondere für Einbau leuchten, deren einander gegenüberstehende Flächen zueinan der im Winkel stehende Achsen aufweisen. The invention relates to a lens, in particular for installation shine, their faces facing each other which have angled axes.

Es besteht ein Bedarf an Lichtquellen, die einen gerich teten Lichtstrahl erzeugen, dessen Ausrichtung von der durch die Einbaulage der Lichtquelle vorgegebenen Rich tung abweicht. Ein solcher Bedarf besteht beispielsweise in den Innenräumen von Fahrzeugen, bei denen die Einbau lage durch die Lage der Fahrzeugwände bedingt ist, so daß insbesondere die Lichtquelle abdeckende Linsen in der Ebene der Fahrzeugwände angeordnet sind und sich die Achse der Lichtquelle und insbesondere der Linse senk recht zur Fahrzeugwand erstreckt, während für eine opti male Beleuchtung des Objektes eine zur Fahrzeugwand schräge Strahlrichtung erforderlich ist.There is a need for light sources that can make a dish generate light beam, the orientation of which Rich specified by the installation position of the light source tion differs. Such a need exists, for example in the interior of vehicles where the installation location is due to the location of the vehicle walls, so that in particular the lenses covering the light source in the plane of the vehicle walls are arranged and the Lower the axis of the light source and especially the lens extends right to the vehicle wall, while for an opti Male lighting of the object inclined to the vehicle wall Beam direction is required.

Es ist bekannt, zur Erzeugung eines abgelenkten Licht strahles eine plankonvexe Linse zu verwenden, deren Plan fläche mit einer zur Achse der konvexen Linsenfläche senkrechten Transversalebene einen Winkel einschließt. Die Anwendung solcher Linsen hat jedoch manche Nachteile. Da die Größe des Ablenkwinkels zur Größe des Winkels zwischen der Planfläche und der Transversalebene und damit zur ein seitigen Verdickung der Linse proportional ist, lassen sich bei realisierbaren Linsendicken nur relativ geringe Ablenk winkel erzielen. Auch bei relativ kleinen Ablenkwinkeln ist der durch die einseitige Verdickung bedingte, zusätzliche Materialaufwand beträchtlich. Bei Leuchten geringer Ab messungen bestehen auch Schwierigkeiten, eine solche Linse im Leuchtengehäuse unterzubringen, weil die Verdickung der Glühlampe der Leuchte nicht zu nahe kommen darf, insbe sondere dann, wenn die Linse wärmeempfindlich ist, was bei allen Kunststofflinsen der Fall ist. Große Material dicken führen beim Spritzen aus Kunststoff zwangsläufig zu starken Einfallstellen, wodurch das Abbildungsverhal ten der Linse nachteilig beeinflußt wird. Es kann dadurch zu einer Streuung des Lichtes sowie teilweise zu einer Zer legung in die Spektralfarben kommen. Alle diese Gründe haben dazu geführt, daß der mit einer solchen Linse er reichbare Ablenkwinkel maximal bei etwa 7° liegt.It is known to produce a deflected light to use a plano-convex lens whose plan surface with a to the axis of the convex lens surface vertical transverse plane encloses an angle. The However, using such lenses has some disadvantages. There the size of the deflection angle to the size of the angle between the plane surface and the transversal plane and thus to one side thickening of the lens is proportional with realizable lens thicknesses only a relatively small deflection achieve angles. Even with relatively small deflection angles the additional due to the unilateral thickening Considerable material expenditure. With lights from Measurements also have difficulties with such a lens to accommodate in the luminaire housing, because the thickening of the Incandescent lamp must not come too close, especially especially if the lens is sensitive to heat, what is the case with all plastic lenses. Great material thick lead inevitably when spraying plastic too strong sink marks, which causes the image behavior th the lens is adversely affected. It can to a scattering of the light and partly to a zer in the spectral colors. All of these reasons have led to the fact that with such a lens he The maximum possible deflection angle is around 7 °.

Es ist auch bekannt, zum Ablenken eines Lichtstrahles eine Prismenoptik zu verwenden, also eine Scheibe aus durchsichtigem Material, die eine Vielzahl kleiner, recht eckiger Prismenelemente enthält. Mit einer solchen Pris menoptik lassen sich zwar hohe Ablenkwinkel erzielen, je doch ist die Herstellung einer solchen Prismenoptik re lativ teuer. In vielen Fällen wird auch das sehr unruhige Erscheinungsbild einer solchen Prismenoptik als störend empfunden und daher abgelehnt. Ein weiterer Nachteil be steht darin, daß eine Prismenoptik unwirksame Flächen abschnitte enthält, die eine Streuung des auffallenden Lichtes bewirken. Das Verhältnis von Streulicht zu dem im abgelenkten Lichtstrahl enthaltenen Lichtanteil wird mit zunehmendem Ablenkwinkel immer größer und damit immer ungünstiger.It is also known to deflect a beam of light to use a prism optics, i.e. a disc clear material, a variety of small, right contains square prism elements. With such a pris menoptik high deflection angles can be achieved, depending but the production of such a prism optics is right relatively expensive. In many cases, this also becomes very restless Appearance of such a prism optics as annoying felt and therefore rejected. Another disadvantage be is that a prism optics ineffective surfaces contains sections that scatter the striking Cause light. The ratio of stray light to that contained in the deflected light beam with increasing deflection angle always larger and therefore increasingly unfavorable.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element für die Lichtablenkung zu schaffen, das weder die Nachteile der bisher bekannten, plankon kaven Linsen noch diejenigen der bisher bekannten Pris menoptiken aufweist.In contrast, the invention is based on the object to create an optical element for light deflection, that neither the disadvantages of the previously known, plankon kaven lenses still those of the previously known pris has menoptics.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Fläche in wenigstens zwei in Richtung der durch die Achsen definierten Bezugsebene aufeinanderfolgende Flä chenabschnitte aufweist, die jeweils durch eine in Bezug auf den von den Achsen gebildeten stumpfen Winkel nach außen weisende Stufe voneinander getrennt sind. This object is achieved according to the invention in that an area in at least two towards the through the Axes defined the reference plane of successive surfaces Chen sections, each with a reference to the obtuse angle formed by the axes outside facing stage are separated.

Durch eine solche ein- oder mehrfache Stufung der einen Fläche lassen sich ohne weiteres Linsen realisieren, deren Flächenachsen stark voneinander abweichen, ohne daß die Dicke der Linse übermäßig zunimmt. Damit werden alle diejenigen Schwierigkeiten vermieden, die sich aus der großen Dickenzunahme der bisher bekannten Linsen er geben haben, ohne daß die Schwierigkeiten in Kauf ge nommen werden müßten, welche sich aus der Anwendung der Anwendung der bisher bekannten Prismenoptiken ergeben. Häufig werden einige wenige Stufen ausreichen, um bei aus reichend kleinem Linsenvolumen den gewünschten, großen Ablenkwinkel zu erzielen. Dabei erweist es sich als ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß unter Zugrundele gung einer punktförmigen Lichtquelle die Stufen derart angeordnet werden können, daß keine Streulicht produzieren den Flächen vorhanden sind.By such a single or multiple gradation of the one Surface can be realized without further lenses, whose surface axes deviate greatly from one another, without that the thickness of the lens increases excessively. With that avoided all those difficulties that resulted from the large increase in thickness of the previously known lenses have given without the difficulties ge should be taken, which results from the application of the Apply the previously known prism optics. Often a few levels will be enough to get you out sufficiently small lens volume the desired, large To achieve deflection angle. It turns out to be a particular advantage of the invention that under Grundrundele a point-shaped light source the steps in such a way can be arranged that produce no stray light the areas are available.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann wenigstens eine Stufe zwei Abschnitte aufweisen, die einen zu der Bezugsebene symmetrischen Winkel bilden. Bei einer solchen Ausbildung liegt der tiefste Punkt der Stufe in der Längs mittelebene der Linse und kann wegen der Linsenwölbung an einer Stelle liegen, welche der konvexen Linsenfläche dich ter benachbart ist als die vom Rand dieser Linsenfläche definierte Ebene. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, daß die Linsenrückseite an derjenigen Stelle diese Ebene erreicht, wo die Stufe den Rand der Linse erreicht. Auf diese Weise läßt sich die Linse sehr dünn ausbilden, so daß sie mit geringem Materialbedarf herstellbar ist und im Lampengehäuse auch nur wenig Platz beansprucht. In a further embodiment of the invention, at least a stage has two sections, one to the Form reference plane symmetrical angle. With one Education is the lowest point of the level in the longitudinal median plane of the lens and may be due to the lens curvature a place which of the convex lens surface you is adjacent than that of the edge of this lens surface defined level. The arrangement can be made in this way be that the back of the lens at this point Level reached where the step reaches the edge of the lens. In this way, the lens can be made very thin, so that it can be manufactured with low material requirements and also takes up little space in the lamp housing.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Stufen in die Linsenachse enthaltenden Radialebenen angeordnet sind, weil sie dann in Richtung der auf die Linse einfallen den Lichtstrahlen liegen und daher auch kein unerwün schtes Streulicht erzeugen können.It is particularly advantageous if the steps in the Radial planes containing the lens axis are arranged, because then they'll fall towards the lens the light rays and therefore not undesirable can produce stray light.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Linse weist die gestufte Fläche nur zwei Stufen auf, von denen sich die erste in der zur Bezugsebene senkrechten Durch messerebene und die zweite in zur Bezugsebene symmetri schen Radialebenen befindet. Dabei können die beiden Ra dialebenen einen Winkel von 90° einschließen. Bei dieser Linse wird mit einem Minimum an Flächen eine sehr starke Ablenkung des Lichtstrahles erzielt die bereits bei Ver wendung üblicher Kunststoffe 13° bis 15° betragen kann, ohne daß die Dicke der Linse störende Werte annimmt. Da bei liegen alle Stufen in Ebenen, welche die Linsenachse enthalten, so daß sie, eine punktförmige Lichtquelle vorausgesetzt, keine Streuwirkung haben.In a preferred embodiment of such a lens the stepped surface has only two steps, one of which the first in the perpendicular to the reference plane knife level and the second in symmetry to the reference plane radial planes. The two Ra include an angle of 90 °. At this Lens becomes a very strong one with a minimum of surfaces Deflection of the light beam already achieved with Ver conventional plastics can be 13 ° to 15 °, without the thickness of the lens assuming disturbing values. There at all levels lie in planes that define the lens axis included so that it is a point light source provided they have no spreading effect.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeich nung dargestellten Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigenThe invention is based on the in the drawing tion shown embodiment of the invention closer described and explained. The description and the Characteristics to be extracted from others Embodiments of the invention individually or individually several can be used in any combination. It demonstrate

Fig. 1 die Ansicht einerplankonvexen Linse nach der Erfindung von der Planfläche her, Fig. 1 is a view einerplankonvexen lens according to the invention from the plane surface forth

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II durch die Linse nach Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II through the lens of FIG. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Linse nach Fig. 1 entsprechend Fig. 2 und Fig. 3 is a side view of the lens of Fig. 1 corresponding to Fig. 2 and

Fig. 4 und 3 Schnitte längs der Linien IV-IV und V-V durch die Linse nach Fig. 1. FIGS. 4 and 3 sections along the lines IV-IV and VV through the lens of FIG. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte plankonvexe Linse be steht aus einem Spritzgußteil aus Kunststoff, beispiels weise aus PC, PS oder PMMA. Es handelt sich um einen kreis runden, scheibenförmigen Körper, der auf einer Seite durch eine konvexe Kugelfläche 1 begrenzt ist. An der der Kugel fläche 1 abgewandten Seite weist die Linse einen Rand 2 auf, der eine zur Achse 3 der Kugelfläche 1 senkrechte Ebene definiert. Dieser Rand 2 begrenzt an der Rücksei te der Linse mehrere ebene Flächenabschnitte 6, 7 und 8, die durch Stufen 4 beziehungsweise 5 voneinander getrennt sind. Der eine Abschnitt 6 erstreckt sich über eine Hälfte der Linsenscheibe bis zu der Stufe 4, die sich in einer die Achse 3 der Kugelfläche enthaltenden Durchmesserebene der Scheibe befindet. Diese Stufe 4 steht weiterhin senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Bezugsebene 9, die durch die Achse 3 der Kugelfläche und der auf den ebenen Flächenab schnitten 6, 7, 8 senkrecht stehenden Achse 31 definiert wird, und weist in Bezug auf den von den Achsen 3, 31 ge bildeten stumpfen Winkel 20 nach außen. An diesen ersten Flächenabschnitt 6 schließt sich ein zweiter Flächenab schnitt 7 an, der nach der Stufe 4 in Richtung der Bezugs ebene 9 wieder ansteigt und durch eine weitere Stufe 3 be grenzt wird, die zwei Abschnitte aufweist, die in zur Bezugsebene 9 symmetrischen Radialebenen liegen, welche einen Winkel 10 miteinander einschließen. Bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Winkel 90°. An die Stufe 5 schließt sich der dritte Abschnitt 8 an, der bis zu dem benachbarten Randabschnitt der Linse reicht. Demgemäß ist die Linsenrückseite in sektorförmige Ab schnitte unterteilt, von denen sich der eine Abschnitt 6 über die Hälfte der Scheibe erstreckt, während die an deren Abschnitte 7, 8 die zweite Hälfte der Scheibe ein nehmen und der eine Abschnitt 7 zwei zur Bezugsebene 9 symmetrische, an den Durchmesser anschließende Sektoren bildet, während der dritte Abschnitt 8 einen zentralen Sektor bildet.The plano-convex lens shown in the drawing is made of an injection molded part made of plastic, for example from PC, PS or PMMA. It is a circular, disc-shaped body which is delimited on one side by a convex spherical surface 1 . At the surface 1 of the ball side facing away from the lens has an edge 2 which defines an axis perpendicular to the axis 3 of the spherical surface 1 level. This edge 2 delimits at the rear side of the lens a plurality of flat surface sections 6 , 7 and 8 , which are separated from one another by steps 4 and 5, respectively. One section 6 extends over half of the lens disk up to step 4 , which is located in a diameter plane of the disk containing the axis 3 of the spherical surface. This stage 4 is also perpendicular to the reference plane 9 shown in Fig. 1, which is defined by the axis 3 of the spherical surface and the cut on the flat surfaces 6 , 7 , 8 perpendicular axis 31 , and has reference to that of the Axes 3 , 31 formed obtuse angles 20 outwards. This first surface section 6 is followed by a second surface section 7 , which rises again after stage 4 in the direction of the reference plane 9 and is limited by a further stage 3 , which has two sections which lie in radial planes symmetrical to the reference plane 9 , which enclose an angle 10 with each other. In the Darge presented embodiment, this angle is 90 °. Stage 5 is followed by third section 8 , which extends to the adjacent edge section of the lens. Accordingly, the back of the lens is divided into sector-shaped sections, one section 6 of which extends over half of the disk, while the other sections 7 , 8 of which take up the second half of the disk and a section 7 which is two symmetrical to the reference plane 9 , sectors adjoining the diameter, while the third section 8 forms a central sector.

Es ist zu bemerken, daß im vorliegenden Beispiel alle Sek toren den gleichen Winkel mit einer zur Achse 3 der Kugel fläche 1 senkrechten Ebene bilden und daher die gleiche Wirkung haben, als wären sie ohne Stufung aneinanderge fügt. Es ist jedoch ersichtlich, daß durch die Stufung eine bedeutende Verminderung gegenüber der Dicke erzielt wird, welche die Linse haben würde, wenn sie ohne Stufung ausgeführt worden wäre, wie es die strichpunktierte Kon tur 11 in Fig. 3 angibt. Dabei ist von besonderem Vor teil, daß durch das Zusammentreffen der Stufen 4 und 5 in der Achse 3 der Kugelfläche die durch die Wölbung der Kugelfläche 1 bedingte Vergrößerung der Materialstärke aus genutzt wird, um den mittleren, sektorförmigen Abschnitt 8 der Keilfläche besonders tief zu legen. Dadurch wird gleich zeitig eine bedeutende Verminderung des Materialaufwandes für diese Linse erzielt. Die dadurch bedingten, geringen Materialstärken haben auch zur Folge, daß Einfallstellen beim Herstellen der Linse aus Kunststoff vermieden werden, so daß die Linse die gewünschten, guten Abbildungseigen schaften hat.It should be noted that in the present example all sectors form the same angle with a plane 1 perpendicular to the axis 3 of the spherical plane and therefore have the same effect as if they were joined together without gradation. However, it can be seen that the gradation achieves a significant reduction in thickness compared to the thickness that the lens would have if it had been implemented without gradation, as indicated by the dash-dotted contour 11 in FIG. 3. It is of particular advantage that the coincidence of the steps 4 and 5 in the axis 3 of the spherical surface, which is caused by the curvature of the spherical surface 1 , increases the thickness of the material, in order to place the central, sector-shaped section 8 of the wedge surface particularly deep . This results in a significant reduction in the cost of materials for this lens. The resulting low material thicknesses also have the consequence that sink marks are avoided when manufacturing the plastic lens, so that the lens has the desired good imaging properties.

Die dargestellte Linse ist für eine Leseleuchte in Kraft fahrzeugen bestimmt. Sie weist an ihrer Rückseite an den Rand 2 angrenzende Nasen 12 auf, die das Einrasten der Linse in eine Fassung gestatten. Der Abschnitt 6 der Rückseite weist nahe der Stufe 4 im Bereich der benach barten Nasen 12 Aussparungen 13 auf. Ihre Betriebslage ist durch die Anlage ihres Randes 2 am Leuchtengehäuse bestimmt.The lens shown is intended for a reading light in motor vehicles. It has lugs 12 adjacent to the edge 2 on its rear side, which allow the lens to be snapped into a socket. The section 6 of the back has 12 recesses 13 near the step 4 in the area of the adjacent lugs. Their operating position is determined by the installation of their edge 2 on the lamp housing.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dar gestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Er findung zu verlassen. Dies gilt sowohl hinsichtlich der Unterteilung der Linsenrückseite in unterschiedliche Ab schnitte, die Verwendung unterschiedlicher Materialien zur Herstellung der Linse sowie weitere Einzelheiten der dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßten Form. Dazu kann insbesondere gehören, daß die Neigungswinkel der einzelnen Sektoren unterschiedlich gewählt werden, wenn spezielle Lichtverteilungen erwünscht sind. Auch können die Sektor flächen bei Bedarf gewölbt werden, zum Beispiel um eine zusätzliche Sammelwirkung für das Licht zu erzielen.It is understood that the invention is not based on that posed embodiment is limited, but Deviations from this are possible without the scope of the Er to leave. This applies to both Subdivision of the back of the lens into different ab cuts, the use of different materials to manufacture the lens and other details of the form adapted to the respective application. This can in particular include that the angle of inclination of each Sectors can be chosen differently if special Light distributions are desired. Even the sector surfaces are arched if necessary, for example by one to achieve additional collecting effect for the light.

Claims

1. Lens, in particular for recessed lights, the opposite surface of which have mutually angular axes, characterized in that one of the surfaces at least two in the direction defined by the axes ( 3 , 31 ) reference plane ( 9 ) consecutive surface sections ( 6 , 7 , 8 ), each of which is separated from one another by an outwardly facing step ( 4 , 5 ) with respect to the obtuse angle ( 20 ) formed by the axes ( 3 , 31 ).

2. Lens according to claim 1, characterized in that at least one step ( 5 ) has two sections which form an angle ( 10 ) symmetrical to the reference plane ( 9 ).

3. Lens according to claim 1 or 2, characterized in that the steps ( 4 , 5 ) in the lens axis ( 3 ) containing radial planes are arranged.

4. Lens according to claims 2 and 3, characterized in that the stepped surface has two steps ( 4 , 5 ), of which the first in the to the reference plane ( 9 ) perpendicular to the diameter plane and the second in to the reference plane ( 9th ) symmetrical radial planes.

5. Lens according to claim 4, characterized in that the angle ( 10 ) enclosed by the two radial planes ( 5 ) is 90 °.

6. Lens according to one of the preceding claims, there characterized in that they be made of plastic stands.