DE69917232T2 - Linsenförmige beleuchtungs system - Google Patents

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    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/02Refractors for light sources of prismatic shape
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer
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    • G02B6/0055Reflecting element, sheet or layer

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Beleuchtungssystem zum Bündeln von Licht. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Beleuchtungssystem, das eine Vielzahl von linsenförmigen optischen Mikroprismen und Mikrolinsen zum Umlenken von Licht aus einer nicht gebündelten Lichtquelle und zum Schaffen einer nicht diffusen oder einer im Wesentlichen gebündelten Lichtquellenausgabe, entweder getrennt oder gemeinsam, aufweist.
  • Eine Reihe von optischen Anwendungen und Beleuchtungsanwendungen erfordern die Produktion entweder einer nicht diffusen oder einer gebündelten Lichtquelle, die eine leistungsfähige Lichtausgabe bietet. Typische Schwierigkeiten bei der Schaffung einer gebündelten Lichtquelle innerhalb einer kompakten Anlage oder einem schmalen Querschnitt umfassen: 1) eine ungleichmäßige Lichtverteilung; 2) das Fehlen einer kontrollierten ausgerichteten Lichtausgabe; 3) Leistungsschwächen in Bezug auf die Menge der gebündelten Lichtausgabe im Verhältnis zur Menge der nicht gebündelten Lichteingabe; und 4) das Herstellen der Vorrichtung zum Schaffen einer gebündelten Lichtquelle.
  • Demgemäß besteht in der Kunst der Optik und Beleuchtung eine Notwendigkeit zur Schaffung einer Beleuchtungsanordnung, die eine energiesparende Lichtquelle, die eine gleichmäßige Lichtverteilung aufweist und zugleich einen engen Querschnitt einhält, bereitstellt.
  • Typische Beleuchtungssysteme nach dem Stand der Technik sind offenbart in den US-Patentschriften Nr. 5,555,329; 5,521,725; 5,428,468; 5,396,350; und WO-A-9531672, wobei die Letztere dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht.
  • Die vorliegende Erfindung stellt entweder getrennt oder gemeinsam eine nicht diffuse oder eine im Wesentlichen gebündelte Lichtquelle bereit, die energiesparend ist (im Folgenden bezeichnet als eine räumlich ausgerichtete Lichtquelle).
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Beleuchtungsanordnung, umfassend:
    einen Wellenleiter, der Licht übertragen kann, wobei der Wellenleiter einen Brechungsindex n1 aufweist und eine erste Lichtaufnahmeoberfläche zum Annehmen einer Lichteingabe umfasst; und
    ein Mikroprisma, das Licht vom Wellenleiter empfangen kann, wobei das Mikroprisma einen Brechungsindex n2 aufweist und eine Lichteingabeoberfläche und eine Lichtausgabeoberfläche umfasst, wobei die Lichteingabeoberfläche optisch mit dem Wellenleiter zusammenwirkt, und dadurch gekennzeichnet, dass:
    die Lichteingabeoberfläche jedes Mikroprismas durch Seitenwände definierte Zwischenraumgebiete, die einen Brechungsindex n3 aufweisen, umfasst, wobei n3 kleiner als n1 und n2 ist und die Lichtausgabeoberfläche einen Flächeninhalt aufweist, der größer ist als die Lichteingabeoberfläche. Wahlweise, d. h. nicht als Bestandteil der eigentlichen Erfindung, ist zwischen dem Lichtübertragungsmittel und dem Lichtreflexionsmittel eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex angeordnet. Das Reflexionsmittel umfasst ein Feld linsenförmiger Mikroprismen, die eine Lichteingabeoberfläche, die optisch mit dem Wellenleiter zusammenwirkt, aufweisen, oder das Feld linsenförmiger Mikroprismen wirkt statt dessen des Weiteren optisch mit einem Feld linsenförmiger Mikrolinsen zusammen, wobei die Mikroprismen wirkend zwischen dem Lichtübertragungsmittel und den Mikrolinsen angeordnet sind. Die Lichteingabeoberfläche ist durch eine Anzahl von Unterbrechungen definiert, die dort, wo sie vorhanden sind, das Licht daran hindern, aus dem Wellenleiter zu den Mikroprismen auszutreten. Das Reflexionsmittel der vorliegenden Erfindung schafft eine energiesparende Verteilung von räumlich ausgerichtetem Licht, die in einer Anordnung mit kleinem Querschnitt bereitgestellt ist.
  • Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung dargelegt und sind Fachleuten zum Teil bereits nach Durchsicht der folgenden Beschreibung ersichtlich oder ergeben sich aus der Anwendung der Erfindung. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die in den angehängten Ansprüchen speziell aufgezeigten Elemente und Kombinationen verwertet und erzielt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben erwähnten und andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden beim Betrachten der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen dieselben Bezugszeichen durchwegs dieselben Abschnitte bezeichnen, und in denen:
  • 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer einzelnen Lichteingabequelle ist;
  • 2 eine auseinander gezogene Darstellung der Ausführungsform von 1 ist;
  • 3ab Vorderansichten alternativer Ausführungsformen der Erfindung sind;
  • 4 eine räumliche Darstellung der Ausführungsform von 1 ist;
  • 5 eine andere Vorderansicht der Ausführungsform von 1 ist;
  • 6 eine räumliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 7 eine graphische Darstellung der Lichtausgabeverteilung in zwei zueinander im Rechten Winkel stehende Richtungen nach Bündelung von Licht durch die Ausführungsform von 6 ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten mit Bezugnahme auf die oben genannten Figuren besser verständlich. Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung, die in den Figuren abgebildet sind, erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und sollen die Erfindung in keiner Weise auf die genau offenbarte Form beschränken. Sie wurden gewählt, um die Prinzipien der Erfindung und ihren anwendbaren und praktischen Nutzen zu beschreiben oder am Besten zu erklären, um es dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, optimal anzuwenden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 abgebildet. Ein Beleuchtungssystem 2 umfasst ein Lichterzeugungsmittel 14, einen Wellenleiter 16, der eine Lichtaufnahmeoberfläche 17 aufweist, und ein durchsichtiges Reflexionsmittel 18, das optisch mit dem Wellenleiter 16 zusammenwirkt. Mit optischem Zusammenwirken ist jegliche Beziehung zwischen dem Wellenleiter 16 und dem Reflexionsmittel 18 gemeint, die erlaubt, dass Licht vom Wellenleiter 16 zum Reflexionsmittel 18 gelangt. Veranschaulichend für verwendbare Lichterzeugungsmittel 14 sind Laser, Leuchtröhren, Leuchtdioden, Glühlampen, Sonnenlicht und ähnliches.
  • Das Reflexionsmittel 18 umfasst wahlweise eine Schicht 26 mit niedrigem Brechungsindex, die auch als haftvermittelnde Schicht dienen könnte, und ein Feld linsenförmiger Mikroprismen 28. Die Länge der Mikroprismen 28 ist in der allgemeinen Richtung des Lichtdurchgangs durch den Wellenleiter 16 angeordnet. Licht wird durch Wellenleiter 16 über totale innere Reflexion (TIR) in der allgemeinen Richtung der X-Achse reflektiert und tritt über die Lichteingabeoberfläche 30 in ein Mikroprisma 28 ein und verlässt das Mikroprisma 28 durch die Lichtausgabeoberfläche 32 als eine räumlich ausgerichtete Lichtquelle wie durch die beispielhaften Lichtstrahlen 15a15c dargestellt. Des Weiteren ist die Lichteingabeoberfläche 30 durch ausgewählte Zwischenraumgebiete 34 definiert, die dort, wo sie entlang der Lichteingabeoberfläche vorhanden sind, die Übertragung von Licht vom Wellenleiter zum Reflexionsmittel wie durch Lichtstrahl 15c dargestellt verhindern. Die Hohlräume 34 können als Kanäle oder Nuten gekennzeichnet sein, die durch ein Material, das einen Brechungsindex aufweist, der niedriger ist, als der Brechungsindex des Wellenleiters 16 oder der Reflexionsschicht 26, definiert sind, und die die Regelmäßigkeit der Lichteingabeoberfläche 30 unterbrechen.
  • Auch unter Bezugnahme auf 2 sind die Hohlräume 34 Zwischenraumgebiete definiert durch Seitenwände 36 und 38, die des Weiteren die Grenzfläche zwischen den Brechungsindizes des Mikroprismas 28 und der Hohlräume 34 definieren. Die Hohlräume 34 können jegliche Form aufweisen, so lange die Form verjüngt ist und die Breite des „Bodens" des Hohlraums nahe dem Wellenleiter größer ist, als die Breite der „Spitze" des Hohlraums. Die Oberflächen 36 und 38 können eben, gekrümmt oder facettiert sein. Ausschließlich aus veranschaulichenden Gründen definiert 2 die Hohlräume 34 als V-förmige Nuten mit ebenen Seitenwänden 36 und 38. Die Hohlräume 34, die die Seitenwände 36 und 38 umfassen, erstrecken sich durch das Mikroprisma 28 in einer Richtung im Allgemeinen rechtwinklig zur Richtung des Weges der Lichtstrahlen in der X-Achse. Vorzugsweise erstrecken sich die Hohlräume 34 über die gesamte Breite des Mikroprismas 28, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Wenn die Seitenwände 36 und 38 eben sind, bilden sie die Winkel θ beziehungsweise θ' in Bezug auf die Normale der Eingabeoberfläche 30. Die Hohlräume 34 hindern das Licht durch den Unterschied der Brechungsindizes des Wellenleiters 16 und der Schicht mit niedrigem Brechungsindex 26 und dem Hohlraum 34 daran, in das Mikroprisma 28 einzutreten, wie in 1 gezeigt. Die Zwischenraumgebiete des Hohlraums 34 müssen einen Brechungsindex aufweisen, der niedriger ist, als der Brechungsindex des Wellenleiters 16 oder der Schicht mit niedrigem Brechungsindex 26. Bevorzugte Materialien für den Hohlraum 34 sind Luft, mit einem Brechungsindex von 1,00, und Fluorpolymermaterialien mit einem Brechungsindex von zwischen ungefähr 1,16 und ungefähr 1,40. Das am meisten bevorzugte Material ist Luft. Zusätzlich lenken die Seitenwände 36 und 38 einen Abschnitt von Lichtstrahlen um, die durch die Eingabeoberfläche 30 in das Mikroprisma 28 eintreten.
  • Unter Bezugnahme auf 2 müssen die Winkel θ und θ' nicht gleich sein. Die Winkel θ und θ' bestimmen die Richtung des Lichts, das aus den Mikroprismen austritt, und sind wichtig für die Bestimmung des Bündelungsgrads des Ausgabelichts. Diese Winkel können innerhalb eines großen Bereichs in Abhängigkeit vom gewünschten Ausgabewinkel des Lichts und dem gewünschten Bündelungsgrad sehr unterschiedlich sein. Wird in einer Anwendung wie in 1 gezeigt eine einzelne Lichtquelle verwendet, ist nur der Wert des Winkels θ für das Umlenken des Lichts wichtig. Für den speziellen Fall, dass die Seitenwände 36 und 38 eben sind und der gewünschte Ausgabewinkel rechtwinklig zur Ebene des Wellenleiters ist, reichen die gewünschten Werte des Winkels θ von ungefähr 15 Grad bis ungefähr 50 Grad. Bevorzugtere Winkel reichen von ungefähr 20 Grad bis ungefähr 40 Grad. Der Wert des Winkels θ' ist wichtig, wenn Lichtstrahlen in beiden Richtungen entlang der X-Achse verlaufen. Das ist möglich, wenn zum Beispiel ein Reflexionsmittel 25 an einer Oberfläche des Wellenleiters 16 gegenüber der Lichtaufnahmeoberfläche 17 angeordnet ist (1), oder wenn eine zweite Lichtquelle 14a verwendet wird, wie in 4 abgebildet. Das Reflexionsmittel 25 kann ein Spiegel, eine Reflexband oder jedes andere stark reflektierende Material sein.
  • Der Wellenleiter 16 kann aus jeglichem Material bestehen, das lichtdurchlässig ist. Bevorzugt ist ein Wellenleiter 16 durchlässig für Licht im Wellenlängenbereich von ungefähr 400 bis ungefähr 700 nm. Der bevorzugte Brechungsindex des Wellenleiters 16 ist größer als ungefähr 1,30. Bevorzugtere Brechungsindizes liegen zwischen ungefähr 1,40 und ungefähr 1,65. Bevorzugte Materialien umfassen durchsichtige Polymere, Glas und Quarzglas. Die gewünschten Eigenschaften dieser Materialien umfassen mechanische und optische Stabilität bei typischen Betriebstemperaturen der Vorrichtung. Die am meisten bevorzugten Materialien sind Glas, Acryl, Polycarbonat und Polyester. Stattdessen kann der Wellenleiter auch ein Hohlraum sein, der mit Ausnahme des Bereiches, der die Lichteingabeoberfläche definiert, eine reflektierende Oberfläche aufweist. Hohlraumreflexion kann durch Verwenden von glatten, aluminiumbeschichteten Oberflächen erreicht werden.
  • Die Mikroprismen 28 können aus jeglichem durchlässigen Vollmaterial gebaut sein. Bevorzugte Materialien weisen einen Brechungsindex von zwischen ungefähr 1,40 und ungefähr 1,65 auf und umfassen Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polyester, Poly(4-Methylpenten), Polystyrol, Allyldiglykolcarbonat, Poly(styrolcoacrylnitril), Poly(styrolcomethylmethacrylat), Silikon, sowie Polyurethane und Polymere geformt durch Photopolymerisation von Acrylatmonomeren.
  • Unter Bezugnahme auf 4 sind die Mikroprismen 28 so aufgebaut, dass sie eine sechsseitige geometrische Form aufweisen, die eine Lichteingabeoberfläche 30 und eine Lichtausgabeoberfläche 32 aufweisen, wobei die Lichtausgabeoberfläche 32 einen größeren Flächeninhalt aufweist, als die Lichteingabeoberfläche 30. Das Mikroprisma 28 umfasst des Weiteren zwei Paare von gegenüberliegend angeordneten Seitenwänden 46, 48 und 50, 52. Die Seitenwände 50 und 52 wirken indem sie das Licht, das sich durch das Mikroprisma 28 fortpflanzt, reflektieren und umlenken. In den meisten Fällen weisen die Seitenwände 46 und 48 keine optische Funktion auf. Es kann jedoch notwendig sein, die Seitenwände 46 und 48 schräg anzuordnen, so dass Licht, das von den Hohlräumen 34 reflektiert wird, nicht auf die Seitenwände 46 und 48 auftrifft.
  • Unter Bezugnahme auf 5 bilden die Seitenwände 50 und 52 einen Neigungswinkel Φ zur Normalen der Oberfläche des Wellenleiters 16. Die Seitenwände 50 und 52 unterstützen die Steuerung der Ausgabebündelung in der Richtung parallel zur Eingabeoberfläche 17 des Lichtübertragungsmittels. Die gewünschten Werte des Neigungswinkels Φ reichen von ungefähr 0 Grad bis ungefähr 30 Grad. Bevorzugtere Werte für den Neigungswinkel Φ reichen von ungefähr 5 Grad bis ungefähr 20 Grad. Vorzugsweise sind die mit den Seitenwänden 50 und 52 verbundenen Neigungswinkel Φ gleich, wobei gleiche Winkel jedoch nicht unbedingt erforderlich sind.
  • Die Höhe 54 kann sehr verschieden sein, in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Auflösung der Anzeige- oder Beleuchtungsanwendung. Das bedeutet, dass kleinere Anzeigen, wie zum Beispiel Laptop-Computeranzeigen und Flugelektronikanzeigen, stark verringerte Abmessungen aufweisen würden, im Gegensatz zu großen Anzeigen, wie zum Beispiel Großbildschirm- und/oder Flachbildschirm-Fernsehgeräte.
  • Wieder Bezug nehmend auf 1 besteht die wahlweise Schicht 26 mit niedrigem Brechungsindex aus jeglichem Material, das lichtdurchlässig ist und einen Brechungsindex aufweist, der niedriger ist, als der Brechungsindex des Wellenleiters 16. Die Schicht mit niedrigem Brechungsindex kann entweder ein anorganisches Material, wie zum Beispiel Magnesiumfluorid, oder ein organisches Material, wie zum Beispiel Silikon sein. Wenn die Schicht 26 auch eine haftvermittelnde Schicht ist, bewirkt sie, dass die Mikroprismen 28, besonders Mikroprismen, die aus Polymeren gebildet sind, fest am Wellenleiter 16 haften. Die Stärke der Schicht 26 mit niedrigem Brechungsindex ist nicht entscheidend und kann sehr unterschiedlich sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht 26 mit niedrigem Brechungsindex weniger als ungefähr 75 Mikrometer dick.
  • Wieder Bezug nehmend auf 4 und wie für Fachleute offensichtlich ist, können die Mikroprismen 28 einen Wiederholungsabstand 40 in Y-Richtung aufweisen. Des Weiteren kann der Wiederholungsabstand 42 der Hohlräume 34 in X-Richtung unterschiedlich sein. Die Abstände 40 und 42 können unterschiedlich sein, in Abhängigkeit der Auflösung und der Abmessungen einer elektronischen Anzeige oder der erforderlichen Lumenausbeute einer Beleuchtungsanwendung. Des Weiteren kann bei der Anwendung mit einer einzelnen Lichtquelle, die in 3a abgebildet ist, der Abstand 42 über die Oberfläche des Wellenleiters 16 sehr unterschiedlich sein, um ein Absinken der Lichtintensität innerhalb des Wellenleiters 16 mit steigendem Abstand vom Lichterzeugungsmittel 14 auszugleichen. Bei dieser Anwendung wäre der Wiederholabstand 42 näher bei der Lichtaufnahmeoberfläche 17 geringer und würde mit zunehmender Entfernung von der Lichtquelle 14 allmählich zunehmen. Im Wesentlichen verringern eng aneinander liegende Hohlräume 34 das Ausmaß der Lichteingabeoberfläche angrenzend an die Lichtaufnahmeoberfläche 17, und weit auseinander liegende Hohlräume 34 erhöhen die verfügbare Lichteingabeoberfläche weiter entfernt von der Lichtaufnahmeoberfläche 17. Ersatzweise kann die Lichteingabeoberfläche auch über das Mikroprisma 28 verändert sein, indem die Tiefe 41 der Unterbrechung 34 verändert wird, wie in 3b gezeigt.
  • In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Reflexionsmittel 18 des Weiteren ein linsenförmiges Feld von zylindrischen Mikrolinsen 60, wie in 6 abgebildet. Ersatzweise kann die linsenförmige Mikrolinsenkrümmung auch eine andere als zylindrische Form haben, wie zum Beispiel einen elliptischen oder einen parabolischen Querschnitt. Die Mikrolinsen 60 sind nahe bei den Mikroprismen 28 angeordnet. Die Mikrolinsen 60 weisen vorzugsweise einen Brechungsindex gleich dem Brechungsindex der Mikroprismen 28 auf. Die Mikrolinsen 60 können jedoch in einem Vorgang getrennt von den Mikroprismen 28 hergestellt werden, und jegliches lichtdurchlässige Material, zum Beispiel eines der zuvor besprochenen Materialien, kann dafür verwendet werden. Wird ein getrennter Vorgang zum Herstellen der Mikrolinsen 60 verwendet, ist der Brechungsindex der Mikrolinsen 60 vorzugsweise gleich oder im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex der Mikroprismen 28. Der Mittenabstand zwischen den Mikrolinsen steht in direkter Wechselbeziehung mit den Wiederholabständen 40 der Mikroprismen 28. Das bedeutet, dass es für jedes Mikroprisma 28 eine entsprechende Mikrolinse 60 gibt, die auf die Ausgabeoberfläche 32 des jeweiligen Mikroprismas 28 ausgerichtet ist.
  • Ein Abstandhalter 62 trennt die Mikrolinsen 60 und die Mikroprismen 28. Die Stärke des Abstandhalters 62 ist optimiert, um das Licht von den Mikroprismen 28 durch die Mikrolinsen 60 zu bündeln. Vorzugsweise wird der Abstandhalter 62 im selben Vorgang geformt, der verwendet worden ist, um die Mikroprismen 28 und die Mikrolinsen 60 zu formen, und besteht daher aus demselben Material wie die Mikroprismen 28 und die Mikrolinsen 60. Im Allgemeinen kann der Abstandhalter 62 jedoch auch extra aus jeglichem lichtdurchlässigen Material hergestellt werden. Bevorzugte Materialien umfassen durchsichtige Polymere, Glas und Quarzglas. Vorzugsweise weist der Abstandhalter 62 einen Brechungsindex gleich oder im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex der Mikroprismen 28 und der Mikrolinsen 60 auf. Die gewünschten Eigenschaften dieser Materialien umfassen mechanische und optische Stabilität bei typischen Betriebstemperaturen der Vorrichtung. Die am meisten bevorzugten Materialien sind Glas, Acryl, Polycarbonat und Polyester.
  • Felder von Mikroprismen 28 können getrennt oder gemeinsam mit Mikrolinsen 60 durch eine Anzahl wohlbekannter Techniken, wie zum Beispiel Formen, einschließlich Spritzgießen und Formpressen, Formgießen, einschließlich Warmwalzpressgießen, Photopolymerisation in einer Form und Photopolymerisationsvorgänge ohne Verwenden einer Form, hergestellt werden. Ein Vorteil der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik ist die linsenförmige Anordnung, die den Herstellungsvorgang erleichtert, indem sie den freien Fluss von Harz innerhalb der Form ermöglicht. Eine bevorzugte Herstellungstechnik wäre eine, die es erlaubt, das Reflexionsmittel 18, das ein Feld von Mikroprismen 28, ein Feld von Mikrolinsen 60 und einen Abstandhalter 62 umfasst, als eine aus einem Stück bestehende, geschlossene Einheit herzustellen. Ein Vorteil dieser Technik wäre die Beseitigung von Achsparallelitätsfehlern zwischen dem Feld von Mikroprismen und dem Feld von Mikrolinsen, wie sie auftreten können, wenn die Felder getrennt hergestellt und dann in der oben beschriebenen Beziehung angebracht würden. Vorzugsweise wird das Reflexionsmittel 18 durch Spritzgießen oder Formpressen hergestellt.
  • BEISPIEL
  • Ein Polystyrolbauteil, das linsenförmige Prismen zusammen mit zylindrischen Linsen, wie in 6 abgebildet, aufweist, wurde spritzgegossen. Die linsenförmigen Prismen waren am Boden des Prismas 0,3175 mm (0,0125 Zoll) breit und an der Spitze des Prismas 0,5 mm (0,020 Zoll) breit. Die Prismen wiesen eine Höhe von 0,48 mm (0,019 Zoll) auf. Die zylindrischen Linsen waren durch eine Polystyrolabstandhalterschicht mit einer Stärke von 0,635 mm (0,025 Zoll) von den Spitzen der Prismen getrennt. Es gab eine zylindrische Linse für jedes linsenförmige Prisma. Die zylindrischen Linsen wiesen einen Krümmungsradius von 0,61 mm (0,024 Zoll) auf und waren auf die Spitzen der Prismen ausgerichtet.
  • Die linsenförmigen Prismen wiesen „V-förmige" Nuten oder Hohlräume auf, die alle 0,41 mm (0,016 Zoll) entlang der Längsrichtung der Prismen angeordnet waren. Die Tiefe der Nuten betrug 0,25 mm (0,0097 Zoll).
  • Der Polystyrolbauteil war unter Verwendung einer selbstklebenden Silikonhaftschicht (0,24 mm; 0,001 Zoll dick) an einem Klaracrylwellenleiter befestigt. Der selbstklebende Silikonklebstoff wies einen Brechungsindex von 1,41 auf, der niedriger war als der Brechungsindex sowohl des Acrylwellenleiters (Brechungsindex = 1,49) als auch des Polystyrolformteils (Brechungsindex = 1,59). Licht von zwei Glühlampen wurde in zwei gegenüberliegende Enden des Acrylwellenleiters eingeleitet. Die allgemeine Richtung des Lichts war parallel zur Richtung der linsenförmigen Prismen und Linsen des befestigten Formteils. Licht im Wellenleiter konnte die Silikonschicht durchdringen und in den Bereichen in den Formteil eintreten, wo der Formteil den selbstklebenden Klebstoff berührte. Die Oberfläche am Wellenleiter, die von den Hohlräumen (Brechungsindex = 1,00) eingenommen wurde, ließ kein Licht aus dem Wellenleiter austreten. Die Wände des Hohlraums lenkten das Licht in den linsenförmigen Prismen um. Das Licht trat stark gebündelt und in einer Richtung ungefähr im rechten Winkel zur Ebene des Wellenleiters aus dem Formteil aus. Das Licht wies in einer Richtung Bündelungswinkel (die Gesamtbreite der Spitze beim halben Maximalwert) von ±14° und in der Richtung im rechten Winkel dazu ±13,7° auf. Querschnittsansichten der Lichtverteilung in zwei zueinander im rechten Winkel stehenden Richtungen sind in 7 abgebildet.

Claims (7)

  1. Beleuchtungsanordnung (2), die folgendes aufweist: einen Wellenleiter (16), der Licht übertragen kann, wobei der Wellenleiter (16) einen Brechungsindex n1 und eine erste Lichtaufnahmeoberfläche (17) zum Annehmen einer Lichteingabe (14) aufweist, und ein Mikroprisma (28), das Licht von Wellenleiter (16) empfangen kann, wobei das Mikroprisma (28) einen Brechungsindex n2 und eine Lichteingabeoberfläche (30) und eine Lichtausgabeoberfläche (32) aufweist, wobei die Lichteingabeoberfläche (30) optisch mit dem Wellenleiter (16) zusammenwirkt, und gekennzeichnet ist dadurch, daß: die Lichteingabeoberfläche (30) jedes Mikroprismas (28) durch Seitenwände (36, 38) definierte Zwischenraumgebiete (34) mit einem Brechungsindex n3 aufweist, wobei n3 kleiner als n1 und n2 ist und die Lichtausgabeoberfläche (32) einen Flächeninhalt aufweist, der größer ist als die Lichteingabeoberfläche (30).
  2. Beleuchtungsanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei das Mikroprisma (28) linsenförmig ist.
  3. Beleuchtungsanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten Zwischenraumgebiete (34) ein verjüngtes Volumen definieren.
  4. Beleuchtungsanordnung (2) nach Anspruch 3, wobei die Seitenwände (36, 38) der ausgewählten Zwischenraumgebiete (34) Licht innerhalb der Mikroprismen (28) reflektieren.
  5. Beleuchtungsanordnung (2) nach Anspruch 3, wobei das durch die ausgewählten Zwischenraumgebiete (34) definierte verjüngte Volumen V-förmig ist.
  6. Beleuchtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Ausgabeoberfläche (32) parallel zur Lichteingabeoberfläche (30) verläuft.
  7. Beleuchtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Ausgabeoberfläche (32) eine gekrümmte Oberfläche ist.
DE69917232T 1998-03-03 1999-03-03 Linsenförmige beleuchtungs system Expired - Lifetime DE69917232T2 (de)

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