DE4444658A1

DE4444658A1 - Lichtleitwände, Lichtleitplatten bzw. Hohlleiter

Info

Publication number: DE4444658A1
Application number: DE19944444658
Authority: DE
Inventors: Matthias Prof Bruenig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlleiter aus lichtleitendem Material für den Transport von Licht, aufweisend einen Hohlraum und einen diesen umgebenden Mantel, der an seiner Außenseite mit einer Mehrzahl von ohne Abstand zueinander angeordneten Prismen mit nach außen zeigender 90°- Spitze ausgestaltet ist, deren Längsachsen im wesentlichen in der Längsrichtung des Hohlleiters bzw. der Richtung der Lichtausbreitung übereinstimmt.

In der Technik der Lichtanwendung gibt es viele Beispiele, in denen Licht in bestimmte Richtungen oder an bestimmte Orte geleitet werden muß. Das kann durch Spiegelungen, Lichtleitfasern, Linsen oder Prismen geschehen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Weiterleitung größerer Lichtmengen. Dafür kommen vergrößerte Lichtleitfasern nicht in Frage, da der Material- und Gewichtsaufwand zu groß ist. Normale Hohlrohre wären nur anwendbar, wenn sie von außen verspiegelt wären, was teuer ist und beim Verlegen Schwierigkeiten wegen der Gefahr der Zerstörung der Außenverspiegelung bringen würde. Deshalb wird bisher Tageslicht nicht in das Innere von Gebäuden geleitet, obwohl viele moderne Gebäude eine Glasfassade haben und die abgehängten Decken Platz für die Übertragung von Licht bieten.

Zur erfindungsgemäßen Darstellung der Möglichkeit, Lichthohlleiter ohne Außenverspiegelung einsetzen zu können, sei zunächst an das bekannte Totalreflexionsprisma erinnert, in dem gem. Fig. 1 Licht in die Zulaufrichtung zurückgeworfen wird. Wenn man den üblichen Brechungskoeffizienten von etwa n + 1,5 für Glas- und Kunststoffmaterial ansetzt, dann läßt dieses Prisma jedoch nur einen Winkel α₁ von etwa 4,8° zu, so daß nur etwa 5% des einfallenden Lichtes totalreflektiert wird. Läßt man das Licht aber schräg aus der Zeichenebene in ein derartiges Prisma einfallen, dann nimmt der Raumwinkel, in dem noch Totalreflexion möglich ist, derart zu, daß erfindungsgemäß eine technische Anwendung auf Hohllichtleiter möglich ist. Die folgende räumliche Darstellung erläutert dies. In Fig. 2 ist das 90°-Prisma räumlich verlängert dargestellt. Auf einer der 45°-Flächen ist ein Reflexionskegel mit dem Winkel α₂₀ = 41,8° an der Spitze dargestellt. Alle Lichtstrahlen, die innerhalb des Kegels auf die 45°-Fläche zulaufen, werden nicht totalreflektiert. Strahlen auf der Mantelflächen werden im Grenzfall reflektiert. Läßt man gem. Fig. 3 einen solchen Strahl auf der Linie s mit änderndem Winkel ε entlanglaufen, gilt:

sind dann α₁ und γ zu berechnen.

Die Tabelle gilt gibt einige Werte von α₁ und γ wieder.

Die erfindungsgemäße Anwendung der hier dargestellten Erkenntnis lautet: Man versehe einen Hohlleiter zum Lichttransport außen ohne Zwischenräume mit parallel zur Achse verlaufenden 90°-Prismen, dann wird der am Anfang auf Grund der Totalreflexionsbedingungen aufgenommene Lichtstrom bis zum Ende des Hohllichtleiters im Inneren weiterfließen. Voll weitergeleitet wird insbesondere einmal eingeflossenes Sonnenlicht, das den oben dargestellten Reflexionsbedingungen besonders gut entspricht, da der Durchmesser der Sonne etwa 30 Bogenminuten beträgt. Aber auch der Lichtanteil einer Lichtquelle, wie einer Glühlampe, in Richtung des Lichthohlleiters wird voll weitergegeben, da auch hier nur geringe Winkel zur Leiterachse vorliegen. Einige Beispiele für mögliche Formen von Lichthohlleitern geben Fig. 5 bis Fig. 7 wieder. Hat man eine Lichtquelle vor dem Hohlleiter angeordnet, dann läßt sich deren Lichtstrom durch ein Reflexionsparaboloid gem. Fig. 7 erhöhen. Das Paraboloid ist dann eine Lichtleitwand mit gebogenen aufgesetzten Längsprismen. Eine derartige parabolische Lichtleitwand ist allgemein für Scheinwerfer, z. B. im Automobilbereich, anwendbar. Auch die Helligkeit in Fluren von Gebäuden, an deren Ende oft ein Fenster ist, läßt sich durch Anbringen von Lichtleitwänden als Tapeten gegenüberliegend mit horizontal liegenden Prismen erhöhen.

Bei vielen Anwendungsgebieten ist die ein scharfes Bild der Lichtquelle zeichnende glatte Totalreflexionsfläche der Lichtleitwand unerwünscht und man erwartet ein etwas diffuseres Licht. Wenn die Totalreflexionsfläche der Lichtleitwand kleine Unebenheiten der Größenordnung von 1/20 bis 1/100 mm aufweist, so kann man diffuses Licht erfindungsgemäß erreichen. Das kann insbesondere beim Lichtaustritt aus dem Hohlleiter oder bei den Reflexionsflächen von Parabolscheinwerfern von Bedeutung sein.

Beim Einsatz einer Lichtwand in parabolischer Form als Scheinwerferreflektor gemäß der Erfindung kann es vorteilhaft sein, an der Spitze des Paraboloids, wo die gekrümmten 90°-Prismen eng aneinanderlaufen, einen Kegel mit 90°-Winkel an der Spitze einzusetzen.

Die hier beschriebenen Lichtwände sind auch für Lampenschirme im Wohn-, Arbeits- und Bürobereich vorteilhaft anwendbar, da man hier auf ein vollständiges Zurückwerfen des Lichtes in der Regel verzichtet und man außer der gewünschten Beleuchtungsrichtung auch eine gewisse Raumausleuchtung wünscht. Ein kegeliger Lampenschirm mit nach außen laufenden Prismen an der Außenseite würde diese Bedingungen beispielsweise erfüllen.

Tabelle

Claims

1. Hohlleiter aus lichtleitendem Material für den Transport von Licht, aufweisend einen Hohlraum und einen diesen umgebenden Mantel, der an seiner Außenseite mit einer Mehrzahl von ohne Abstand zueinander angeordneten Prismen mit nach außen zeigender 90°-Spitze ausgestaltet ist, deren Längsachsen im wesentlichen in der Längsrichtung des Hohlleiters bzw. der Richtung der Lichtausbreitung übereinstimmt.

2. Hohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hohlraums quadratisch, rechteckig oder rund ausgebildet ist.

3. Lichtleitwände aus für das Licht klarem, transparenten Material, wie z. B. Glas, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lichteintritt gegenüberliegende Seite (Fläche) ohne Zwischenräume mit aneinandergereihten totalreflektierenden 90°-Prismen derart belegt sind, daß die Längsachsen dieser Prismen in der vorherrschenden Richtungskomponente der einfallenden Lichtstrahlen liegen.

4. Lichtleitwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Totalreflexionsflächen der auf der Rückseite liegenden Prismen kleine Rauhigkeiten von 1/20 bis 1/100 mm haben.