EP1880139B1 - Led-beleuchtungsmodul - Google Patents

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EP1880139B1
EP1880139B1 EP06722835A EP06722835A EP1880139B1 EP 1880139 B1 EP1880139 B1 EP 1880139B1 EP 06722835 A EP06722835 A EP 06722835A EP 06722835 A EP06722835 A EP 06722835A EP 1880139 B1 EP1880139 B1 EP 1880139B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
led
illumination module
led illumination
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP06722835A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1880139A1 (de
Inventor
Rainer Opolka
Andreas Timinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zweibrueder Optoelectronics GmbH
Original Assignee
Zweibrueder Optoelectronics GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Zweibrueder Optoelectronics GmbH filed Critical Zweibrueder Optoelectronics GmbH
Publication of EP1880139A1 publication Critical patent/EP1880139A1/de
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Publication of EP1880139B1 publication Critical patent/EP1880139B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/02—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of light sources
    • F21V14/025—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of light sources in portable lighting devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21L—LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF, BEING PORTABLE OR SPECIALLY ADAPTED FOR TRANSPORTATION
    • F21L4/00—Electric lighting devices with self-contained electric batteries or cells
    • F21L4/02—Electric lighting devices with self-contained electric batteries or cells characterised by the provision of two or more light sources
    • F21L4/022—Pocket lamps
    • F21L4/027—Pocket lamps the light sources being a LED
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/006—Refractors for light sources applied to portable lighting devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0091—Reflectors for light sources using total internal reflection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an LED lighting module with an LED and a rotationally symmetrical one-piece light transparent front optics, which has an inner collecting lens part and an outer reflector part and a rear blind hole-like opening.
  • Such LED lighting modules are used for example in flashlights.
  • the flashlights known from the prior art which are equipped with a light bulb, have z. T. a conically widening to the end face lamp head, in the interior of which a mostly parabolic trained concave mirror is arranged in the focal point of the incandescent lamp or its filament is arranged.
  • a concave mirror surface can easily become dirty or the mirror surface can fade by corrosion effects, so that the reflection of the light is weaker.
  • flashlights have come on the market, which are equipped with a light-emitting diode.
  • Light-emitting diodes consume significantly less power than incandescent lamps and can usually be operated with a lower operating voltage, so that small battery bodies (mignon cells) are sufficient as a power source.
  • flashlights can be made in a smaller design, so that they are conveniently carried along as a key fob or the like.
  • light-emitting diodes prove by design to be particularly shock and impact insensitive.
  • light emitting diodes have an extremely long life, so that eliminates a lamp replacement, which is often necessary in the past. Even with LEDs as a light source, the given light emission should be optimally utilized.
  • the possible use of a reflector which can be found partly in lamps, has the disadvantages already mentioned. In addition, it is desirable to be able to save this component as well.
  • a converging lens is disposed at the light exit surface, which radiates substantially a parallel light beam in a position in which the location of the light emissions at the focal point of this condenser lens is arranged.
  • a longitudinally displaceable lamp head has been proposed, which allows the position of the converging lens to vary the LED.
  • the Lichtbündel characterisitik can be changed within certain limits.
  • this design can only be used in such light-emitting diodes whose radiation is already bundled forward. If the light emitting diodes also radiate relevant portions of the light to the side, that is at a high angle to its axis, this light is not used.
  • Today's high-performance light-emitting diodes are z. T. built so that the radiation exits at a large angle to the axis. For such light-emitting diode optical attachments are useful.
  • lens bodies which are formed prism-shaped or beam-like solid with a flat or slightly convexly curved end face. At the back of these lens body have a recess into which protrudes the LED glass body.
  • the annular surface of the LED base is in this case flat on the corresponding annular surface of the lens body, wherein the light emitting point of the LED is arranged stationary so that the light emitted in the region of the optical axis to the aperture light is to be refracted via the collimator effect to a parallel light beam.
  • the light emitted at a larger angle to the optical axis is totally reflected when the so-called critical angle is exceeded and deflected in accordance with the surface curvature and the resulting reflection angle.
  • the radiation characteristics of the lamp set for example from the US Pat. No. 6,478,453 B2 or US 6,547,423 B2 known intent optics is the radiation characteristics of the lamp set.
  • Another lens body is from the US 2,254,962 known.
  • the lens has an opening for receiving a light source.
  • a collecting lens part is arranged in the middle of the lens, which is surrounded by an elliptically shaped reflector.
  • the rotationally symmetrical one-piece light-transparent front optics has an inner collection lens part and an outer reflector part and a rear blind hole-like opening, which is bounded by a conical or in cross-section arcuate conical surface and a convexly curved base and which has a cladding diameter, one along the optical axis of the Front lens longitudinal axial displacement of the LED body in the opening allowed.
  • the longitudinal axial displacement of the entire, consisting of the LED glass body and the socket arrangement in the blind hole-like bore is possible, so that by a relative movement of the LED to the blind hole along the optical axis different radiation characteristics with different cone angles of the light beam are variably adjustable.
  • the smallest diameter of the conical opening is ⁇ 9 mm and the total height of the attachment optics is between 9 mm and 16 mm.
  • the total height of the attachment optics should be between 9 mm and 16 mm, which is possible by combining a collecting lens part with an outer reflector part.
  • the collecting lens part has a convexly curved base surface as a light entry surface and a front, likewise convexly curved light exit surface.
  • the reflector part which adjoins the outside immediately in the context of the one-piece optical attachment is essentially formed by the lateral surface of the blind-hole-like opening as the light entry surface, an outer shell-shaped lateral surface as the surface totally reflecting the light and a front conical light exit surface.
  • All light entrance and light exit surfaces break obliquely incident light beams such that the emitted light from the LED is radiated substantially completely, in particular more than 85% forward and by the longitudinal axial displacement of the entire LED a light cone change of a cone of light with a cone angle ⁇ 12 ° can be generated up to a cone angle ⁇ 20 °.
  • a light cone change of a cone of light with a cone angle ⁇ 12 ° can be generated up to a cone angle ⁇ 20 °.
  • In at least one relative LED position to the blind hole-like opening of the attachment optics is a inner light cone region over a cross-sectional area perpendicular to the optical axis homogeneously illuminable, preferably in such a way that at 2.5 m distance, a circle of 0.80 m in diameter is homogeneously illuminated.
  • this objective can be achieved either by a longitudinally displaceable attachment optics with permanently mounted LED or by a leksaxial displaceable LED with permanently mounted attachment optics or by combined displacement of the attachment optics and the LED.
  • the solution is selected such that the attachment optics is arranged in a longitudinal axis relative to a remaining lamp body, in which the LED is permanently installed, slidable lamp head. Possibly.
  • a longitudinal axial or helical guide can be provided.
  • the Kollimatoreigenschaft the converging lens can be combined with the reflector property of the outer intent optical part in such a way that converging as divergent light beams in certain positions of the light emitting diode to the optical attachment illuminate a homogeneous surface , in particular in 2.5 m distance in a diameter of 80 cm.
  • the light-refracting or totally reflecting surfaces can be calculated using a 2 D tailoring technique.
  • the angle of inclination, under which the light exit surface of the reflector part is arranged against a vertical to the optical axis between 35 ° and 40 °, preferably selected at 37 °.
  • the reflector part may according to a further embodiment of the invention have outer edge surface pieces which are arranged parallel to the optical axis of the attachment optics. This ensures that the formation of stray light in the edge area is prevented.
  • the reflector part may further comprise outer annular surface pieces, which are arranged around the opening and perpendicular to the optical axis and / or which are arranged outside and perpendicular to the optical axis.
  • the ratio of the diameter of the attachment optics to the height thereof is selected between 0.4 and 0.5 and preferably between 0.44 and 0.49.
  • the ratio of the thickness of the inner condenser lens to the height of the attachment optics is optimally between 0.6 and 0.65, preferably 0.614.
  • the ratio of the diameter of the inner collective lens part to the diameter of the optical attachment is between 0.5 and 0.55.
  • the inner collection lens part has a light exit surface whose radius of curvature is smaller than the radius of curvature of the light entry surface.
  • the collecting lens part according to the invention has an opening angle of at least 40 °, preferably 42 °.
  • the attachment optics is preferably made of plastic, in particular PMMA or glass.
  • the intent optics which acts as a lens body, has a rear blind-hole-like opening 11, which is bounded by a conical lateral surface 12 and a convexly curved base surface 13.
  • This base surface 13 is also the light entrance surface of an inner collecting lens part 14, which has a convexly curved light exit surface 15 on the front side.
  • the collecting lens part 14 is surrounded by a reflector part 16, which is essentially formed by the lateral surface 12 as a light entry surface and an outer shell-shaped lateral surface 17 as the total light reflecting surface and a front conical light exit surface 18.
  • the reflector portion 16 may still have wall portions 19 which are parallel to an optical axis, further edge portions 21, 22 which are perpendicular to the optical axis.
  • the total diameter of the in Fig. 5 shown attachment optics can be, for example, 20 mm, 25 mm or 36 mm, each with a height of 9 mm, 11 mm or 16 mm.
  • the opening 11 is where wide or the diameter of this opening is so large that an LED 23, the in Fig. 5 is indicated schematically, together with base along the optical axis (see double arrow 24) can be moved.
  • Different radiation characteristics result from the Fig. 1 to 4 , A relatively narrow bundling with a circular area of 0.8 m, which is homogeneously illuminated, for example, in 2.5 m, results in a position according to FIG Fig.
  • beam characteristic consists of a relatively tightly focused light cone with a small cone angle.
  • a lens was used in a relatively flat design.
  • lens differs from this by a greater height, in which the lateral surfaces 17 "forward and back" have been extended, so that a relatively deeper 'blind hole 11 and a further projection of the front surfaces 18 relative to the inner light exit surface 15 results.
  • the light-emitting diode 23 is shown in different positions for attachment optics 10, resulting in correspondingly different light characteristics.
  • the surfaces 12 can be spherical or aspherical and the surfaces 14 and 15 can be spherical or flat (and not aspherical as shown).
  • the front optic is preferably made of PMMA and can be used in particular in 12 V strangles as well as in flashlights.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
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  • Led Devices (AREA)
  • Lenses (AREA)

Description

  • Die Erfindung betriff ein LED-Beleuchtungsmodul mit einer LED sowie einer rotationssymmetrischen einstückigen lichttransparenten Vorsatzoptik, die einen inneren Sammellinsenteil und einen äußeren Reflektorteil sowie eine rückwärtige sacklochartige Öffnung besitzt.
  • Solche LED-Beleuchtungsmodule werden beispielsweise in Taschenlampen verwendet. Die nach dem Stand der Technik bekannten Taschenlampen, die mit einer Glühlampe ausgestattet sind, besitzen z. T. ein sich zur Stirnfläche konisch erweiternden Lampenkopf, in dessen Innerem ein meist parabolisch ausgebildeter Hohlspiegel angeordnet ist, in dessen Brennpunkt die Glühlampe bzw. deren Glühwendel angeordnet ist. Durch diese Anordnung soll eine optimale Lichtausbeute gewährleistet sein. Nachteiligerweise können solche Hohlspiegelflächen leicht verschmutzen oder es kann die Spiegeloberfläche durch Korrosionseffekte verblassen, so dass die Reflektion des Lichtes schwächer wird.
  • In jüngerer Zeit sind Taschenlampen auf den Markt gekommen, die mit einer Leuchtdiode ausgestattet sind. Leuchtdioden verbrauchen deutlich weniger Strom als Glühlampen und lassen sich zumeist mit einer geringeren Betriebsspannung betreiben, so dass kleine Batteriekörper (Mignon-Zellen) als Stromquelle ausreichen. Insbesondere können durch Verwendung von Leuchtdioden Taschenlampen in kleinerer Bauart gefertigt werden, so dass diese bequem als Schlüsselanhänger oder ähnliches mitführbar sind. Neben der geringeren Stromaufnahme erweisen sich Leuchtdioden konstruktionsbedingt auch als besonders stoß- und schlagunempfindlich. Zudem besitzen Leuchtdioden eine extrem lange Lebensdauer, so dass ein in früherer Zeit häufig notwendiger Glühlampenwechsel entfällt. Auch bei Leuchtdioden als Lichtquelle soll die gegebene Lichtemission optimal ausgenutzt werden. Die grundsätzlich mögliche Verwendung eines Reflektors, die teilweise in Lampen zu finden ist, hat die bereits genannten Nachteile. Zudem ist es wünschenswert, auch dieses Bauteil einsparen zu können.
  • In einigen der nach dem Stand der Technik bekannten Taschenlampen ist an der Lichtaustrittsfläche eine Sammellinse angeordnet, die in einer Stellung, in der der Ort der Lichtemissionen im Brennpunkt dieser Sammellinse angeordnet ist, im wesentlichen ein paralleles Lichtbündel abstrahlen lässt. In einer Weiterentwicklung ist auch ein längsaxial verschiebbarer Lampenkopf vorgeschlagen worden, der die Stellung der Sammellinse zu der LED variieren lässt. Hierdurch lässt sich die Lichtbündelcharakterisitik in gewissen Grenzen verändern. Diese Bauform kann jedoch nur bei solchen Leuchtdioden eingesetzt werden, deren Abstrahlung bereits nach vorne gebündelt ist. Wenn die Leuchtdioden auch relevante Anteile des Lichtes zur Seite, also unter hohem Winkel zu ihrer Achse abstrahlen, wird dieses Licht nicht genutzt. Heutige Hochleistungsleuchtdioden sind z. T. so gebaut, dass die Abstrahlung unter einem großen Winkelbereich zur Achse austritt. Für solche Leuchtdioden sind Vorsatzoptiken sinnvoll.
  • Nach dem Stand der Technik sind Linsenkörper bekannt, die prismen- oder strahlenartig massiv mit einer ebenen oder leicht konvex gewölbten Stirnfläche ausgebildet sind. An der Rückseite besitzen diese Linsenkörper eine Ausnehmung, in welche der LED-Glaskörper hineinragt. Die Ringfläche des LED-Sockels liegt hierbei plan an der korrespondierenden Ringfläche des Linsenkörpers an, wobei der Lichtemissionspunkt der LED derart ortsfest angeordnet wird, dass das im Bereich der optischen Achse zur Apertur hin ausgesandte Licht über die Kollimatorwirkung zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel gebrochen werden soll. Das unter einem größeren Winkel zur optischen Achse ausgesandte Licht wird bei Überschreiten des sogenannten Grenzwinkels total reflektiert und entsprechend der Oberflächenkrümmung sowie des sich hieraus ergebenden Reflektionswinkels abgelenkt. Bei einer solchen, beispielsweise aus der US 6,478,453 B2 oder US 6,547,423 B2 bekannte Vorsatzoptik ist die Strahlungscharakteristik der Lampe festgelegt.
  • Ein anderer Linsenkörper ist aus der US 2,254,962 bekannt. Die Linse weist eine Öffnung zur Aufnahme einer Lichtquelle auf. Ferner ist mittig der Linse ein Sammellinsenteil angeordnet, der von einem elliptisch geformten Reflektor umgeben ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aus einer LED sowie einer Vorsatzoptik bestehendes Beleuchtungsmodul weiterzuentwickeln.
  • Diese Aufgabe wird durch das LED-Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1 gelöst.
  • Die rotationssymmetrische einstückige lichttransparente Vorsatzoptik besitzt einen inneren Sammellinsenteil und einen äußeren Reflektorteil und eine rückseitige sacklochartige Öffnung, die durch eine kegelige oder im Querschnitt bogenförmige, konische Mantelfläche und einer konvex gewölbten Grundfläche begrenzt wird und die einen Manteldurchmesser besitzt, der eine entlang der optischen Achse der Vorsatzlinse längsaxiale Verschiebung des LED-Körpers in der Öffnung erlaubt. Hierunter ist gemeint, dass die längsaxiale Verschiebung der gesamten, aus dem LED-Glaskörper sowie dem Sockel bestehende Anordnung in der sacklochartigen Bohrung möglich ist, so dass durch eine Relativbewegung der LED zu der sacklochartigen Bohrung entlang der optischen Achse unterschiedliche Strahlungscharakteristiken mit unterschiedlichen Kegelwinkeln der Lichtstrahlungsbündel variabel einstellbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der kleinste Durchmesser der kegeligen Öffnung ≥ 9 mm ist und die Gesamthöhe der Vorsatzoptik zwischen 9 mm und 16 mm liegt. Damit wird ermöglicht, dass alle gängigen Leuchtdioden einschließlich Sockel in der Öffnung längsaxial verfahrbar sind, auch dergestalt, dass die LED mitsamt Sockel in die hintere Öffnung eingeschoben werden kann. Die Gesamthöhe der Vorsatzoptik soll zwischen 9 mm und 16 mm liegen, was durch Kombination eines Sammellinsenteils mit einem äußeren Reflektorteil möglich ist.
  • Der Sammellinsenteil besitzt eine konvex gewölbte Grundfläche als Lichteintrittsfläche und eine vorderseitige, ebenfalls konvex gewölbte Lichtaustrittsfläche. Der sich im Rahmen der einstückigen Vorsatzoptik außen unmittelbar anschließende Reflektorteil wird im Wesentlichen durch die Mantelfläche der sacklochartigen Öffnung als Lichteintrittsfläche, einer äußere schalenförmige Mantelfläche als das Licht total reflektierende Fläche und eine vordere kegelförmige Lichtaustrittsfläche gebildet. Alle Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen brechen schräg auftreffende Lichtstrahlen derart, dass das von der LED ausgestrahlte Licht im Wesentlichen vollständig, insbesondere zu mehr als 85% nach vorn abgestrahlt wird und durch die längsaxiale Verschiebung der gesamten LED eine Lichtkegeländerung von einem Lichtkegel mit einem Kegelwinkel ≤ 12° bis zu einem Kegelwinkel ≥20° erzeugbar ist. In mindestens einer relativen LED-Stellung zur sacklochartigen Öffnung der Vorsatzoptik ist ein innerer Lichtkegelbereich über eine Querschnittsfläche senkrecht zur optischen Achse homogen ausleuchtbar, vorzugsweise dergestalt, dass in 2,5 m Entfernung ein Kreis von 0,80 m im Durchmesser homogen ausgeleuchtet wird. Da es nur auf die Relativverschiebung der LED zu der Vorsatzoptik ankommt, kann dieses Ziel entweder durch eine längsaxial verschiebbare Vorsatzoptik bei fest montierter LED oder durch eine längsaxial verschiebbare LED bei fest montierter Vorsatzoptik oder durch kombinierte Verschiebung der Vorsatzoptik sowie der LED erreicht werden.
  • Bevorzugt wird die Lösung derart gewählt, dass die Vorsatzoptik in einem längsaxial gegenüber einem übrigen Lampenkörper, in dem auch die LED fest installiert ist, verschiebbaren Lampenkopf angeordnet ist. Ggf. kann hierzu eine längsaxiale oder wendelförmige Führung vorgesehen sein.
  • Die Verschiebung der LED jeweils aus dem Brennpunkt bzw. aus einer Brennpunktebene eines Linsenkörpers in beide Richtungen, wodurch sich enge oder weite Abstrahlungen ergeben, d. h. Lichtstrahlenbündel mit kleinerem oder größerem Durchmesser, ist im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannt. Allerdings lag das Bestreben bisher im Wesentlichen darin, ein Lichtstrahlenbündel mit einer weitgehend parallelen Schar von einzelnen Lichtstrahlen zu erzeugen. Bei einer angestrebten strengen Parallelität der Lichtstrahlen wäre jedoch das ausgeleuchtete Feld bei Annahme einer punktförmigen Lichtquelle auf den Durchmesser der Vorsatzoptik begrenzt. Verschiebungen der LED aus der Brennebene führen zwar zu einer Aufweitung des Lichtkegels, jedoch nimmt die Lichtstärke mit wachsender Entfernung von der optischen Achse nach radial außen ab. Durch Ausbildung der Vorsatzoptik nach Art einer Fresnel-Linse mit einem Sammellinsenteil sowie einem Reflektorteil kann die Kollimatoreigenschaft der Sammellinse mit der Reflektoreigenschaft des äußeren Vorsatzoptikteils in der Weise kombiniert werden, dass konvergierende wie divergierende Lichtstrahlen in bestimmten Stellungen der Leuchtdiode zu der Vorsatzoptik eine homogene Fläche ausleuchten, insbesondere in 2,5 m Entfernung in einem Durchmesser von 80 cm.
  • Die das Licht brechenden oder total reflektierenden Flächen sind mittels eines 2 D-Maßschneiderverfahren berechenbar.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • So wird der Neigungswinkel, unter dem die Lichtaustrittsfläche des Reflektorteils gegen eine vertikal zur optischen Achse angeordnet ist, zwischen 35° und 40°, vorzugsweise bei 37° gewählt. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des
  • Sammellinsenteils maximal 1 mm größer als der größte Durchmesser der Öffnung der Vorsatzoptik.
  • Der Reflektorteil kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung äußere Randflächenstücke aufweisen, die parallel zur optischen Achse der Vorsatzoptik angeordnet sind. Hiermit wird gewährleistet, dass die Entstehung von Streulicht im Randbereich verhindert wird.
  • Der Reflektorteil kann ferner äußere Ringflächenstücke aufweisen, die ringsum die Öffnung und senkrecht zur optischen Achse angeordnet sind und/oder die vorderseitig außen und senkrecht zur optischen Achse angeordnet sind. Insbesondere wird das Verhältnis des Durchmessers der Vorsatzoptik zu deren Höhe zwischen 0,4 und 0,5 und vorzugsweise zwischen 0,44 und 0,49 gewählt. Das Verhältnis der Dicke der inneren Sammellinse zu der Höhe der Vorsatzoptik liegt optimalerweise zwischen 0,6 und 0,65, vorzugsweise bei 0,614. Das Verhältnis der Durchmesser des inneren Sammellinsenteils zu dem Durchmesser der Vorsatzoptik liegt zwischen 0,5 und 0,55. Schließlich besitzt der innere Sammellinsenteil eine Lichtaustrittsfläche, deren Krümmungsradius kleiner ist als der Krümmungsradius der Lichteintrittsfläche. Der Sammellinsenteil hat erfindungsgemäß einen Öffnungswinkel von mindestens 40°, vorzugsweise 42°.
  • Die Vorsatzoptik besteht vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere PMMA oder Glas.
  • Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 bis 4
    jeweils unterschiedliche Strahlungscharakteristiken mit zwei unterschiedlichen Vorsatzoptiken in einer schematischen Darstellung und
    Fig. 5
    einen Querschnitt durch eine konkrete Vorsatzoptik nach der vorliegen- den Erfindung.
  • Die Vorsatzoptik, die als Linsenkörper wirkt, besitzt eine rückseitige sacklochartige Öffnung 11, die durch eine kegelige Mantelfläche 12 sowie eine konvex gewölbte Grundfläche 13 begrenzt wird. Diese Grundfläche 13 ist auch die Lichteintrittsfläche eines inneren Sammellinsenteils 14, der vorderseitig eine konvex gewölbte Lichtaustrittsfläche 15 besitzt. Der Sammellinsenteil 14 wird umringt von einem Reflektorteil 16, der im Wesentlichen durch die Mantelfläche 12 als Lichteintrittsfläche sowie eine äußere schalenförmige Mantelfläche 17 als das Licht total reflektierende Fläche und eine vordere kegelförmige Lichtaustrittsfläche 18 gebildet wird. Wie dargestellt kann der Reflektorteil 16 noch Wandstücke 19, die parallel zu einer optischen Achse liegen besitzen, ferner Randbereiche 21, 22, die senkrecht zur optischen Achse liegen. Der Gesamtdurchmesser der in Fig. 5 dargestellten Vorsatzoptik kann beispielsweise 20 mm, 25 mm oder 36 mm betragen, jeweils bei einer Bauhöhe von 9 mm, 11 mm oder 16 mm. Die Öffnung 11 ist wo breit bzw. der Durchmesser dieser Öffnung ist so groß, dass eine LED 23, die in Fig. 5 schematisch angedeutet ist, mitsamt Sockel entlang der optischen Achse (siehe Doppelpfeil 24) verschoben werden kann. Unterschiedliche Strahlungscharakteristiken ergeben sich aus den Fig. 1 bis 4. Eine relativ enge Bündelung mit einer beispielsweise in 2,5 m homogen ausgeleuchteten Kreisfläche von 0,8 m ergibt sich bei einer Stellung gemäß Fig. 1. Das von der LED 23 imitierte Licht wird, soweit es auf die Lichteintrittsfläche 13 trifft, gebrochen und verlässt mit einer abermaligen Lichtbrechung den Sammellinseninnenteil 14 durch die Lichtaustrittsfläche 15. Die Randstrahlen gelangen über die Kegelfläche 12, wo sie eine Brechung erfahren, auf die Mantelaußenflächen 17, wo sie total reflektiert werden und schließlich nach Brechung an der Lichtaustrittsfläche 18 nach vorne auftreten. Die mit der Vorsatzoptik 10 und der Linse 23 in der dargestellten Stellung erhaltene Strahlcharakteristik besteht aus einem relativ eng gebündelten Lichtkegel mit kleinem Kegelwinkel.
  • Bei der Stellung der LED 23 gemäß Fig. 2, in der die LED weiter in die Öffnung 11 hinein geschoben ist, ergibt sich hingegen eine Abstrahlcharakteristik, bei der die aus dem Sammellinsenteil 14 gebrochenen Lichtstrahlen divergieren und die aus dem Reflektorteil stammenden Lichtstrahlen konvergieren, was sich durch unterschiedliche Berechnungs- und Reflektionswinkel ergibt.
  • In Fig. 1 und 2 wurde eine Linse in einer relativ flachen Bauweise verwendet. Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Linse unterscheidet sich hiervon durch eine größere Bauhöhe, bei der die Mantelflächen 17 "nach vorn und hinten" verlängert worden sind, so dass sich ein relativ tieferes 'Sackloch 11 und ein weiterer Überstand der vorderen Flächen 18 gegenüber der inneren Lichtaustrittsfläche 15 ergibt. In Fig. 3 und Fig. 4 ist die Leuchtdiode 23 jeweils in unterschiedlichen Stellungen zur Vorsatzoptik 10 dargestellt, woraus sich entsprechend andere Lichtcharakteristiken ergeben.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind auch Abwandlungen dergestalt möglich, dass die Flächen 12 sphärisch oder asphärisch und die Flächen 14 und 15 sphärisch oder flach (und nicht wie dargestellt asphärisch) ausgebildet sein können.
  • Die Vorsatzoptik besteht vorzugsweise aus PMMA und lässt sich insbesondere in 12 V Stranlern sowie in Taschenlampen verwenden.

Claims (9)

  1. LED-Beleuchtungsmodul mit einer Leuchtdiode (LED) (23) sowie einer rotationssymmetrischen, einstückigen, lichttransparenten Vorsatzoptik (10) mit einem inneren Sammellinsenteil (14) und einem äußeren Reflektorteil (16)
    mit einer rückseitigen sacklochartigen Öffnung (11), die durch eine kegelige oder im Querschnitt bogenförmige, konische Mantelfläche (12) und einer konvex gewölbten Grundfläche (13) begrenzt wird und die einen Manteldurchmesser besitzt, der eine entlang der optischen Achse (20) der Vorsatzlinse (10) längsaxiale Verschiebung des LED-Körpers (23) in der Öffnung (11) erlaubt,
    wobei der Sammellinsenteil (14) durch die konvex gewölbte Grundfläche (13) als Lichteintrittsfläche und eine Vorderseite, ebenfalls konvex gewölbte Lichtaustrittsfläche (15) und
    der Reflektorteil (16) im Wesentlichen durch die Mantelfläche (12) der Öffnung als Lichteintrittsfläche, eine äußere schalenförmige Mantelfläche (17) als das Licht total reflektierende Fläche und eine vordere kegelförmige Lichtaustrittsfläche (18) gebildet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der kleinste Durchmesser einer kegeligen Öffnung ≥ 9 mm ist und/oder die Gesamthöhe der Vorsatzoptik zwischen 9 mm und 16 mm liegt, so dass alle Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen (12, 13, 15, 18) die schräg auftreffenden Lichtstrahlen derart brechen, dass das von der LED ausgestrahlte Licht im Wesentlichen vollständig, insbesondere zu mehr als 85% nach vorn abgestrahlt wird und durch die längsaxiale Verschiebung der LED (23) eine Lichtkegeländerung von einem Lichtkegel mit einem Kegelwinkel ≤ 12° bis zu einem Kegelwinkel ≥ 20° erzeugbar ist und wobei in mindestens einer LED-Stellung zur Öffnung (11) der Vorsatzoptik (10) ein innerer Lichtkegelbereich über eine Querschnittsfläche senkrecht zur optischen Achse homogen ausgeleuchtet wird, vorzugsweise in 2,5 m Entfernung ein Kreis von 0,80 m im Durchmesser homogen ausgeleuchtet wird.
  2. LED-Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) unter dem die Lichtaustrittsfläche (18) des Reflektorteils (16) gegen eine vertikal zur optischen Achse (20) angeordnet ist, zwischen 35° und 40°, vorzugsweise bei 37° liegt.
  3. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Sammellinsenteils maximal 1 mm größer ist als der größte Durchmesser der Öffnung (11) der Vorsatzoptik (10).
  4. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorteil (16) äußere Ringflächenstücke (19) aufweist, die parallel zur optischen Achse der Vorsatzoptik angeordnet sind.
  5. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorteil (16) äußere Ringflächenstücke (21, 22) aufweist, die ringsum die Öffnung (11) und senkrecht zur optischen Achse angeordnet sind und/oder die vorderseitig außen und senkrecht zur optischen Achse angeordnet sind.
  6. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers der Vorsatzoptik zu deren Höhe zwischen 0,4 und 0,5 liegt, vorzugsweise zwischen 0,44 und 0,49.
  7. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke der inneren Sammellinse zu der Höhe der Vorsatzoptik zwischen 0,6 und 0,65, vorzugsweise bei 0,614 liegt und/oder das Verhältnis der Durchmesser des inneren Sammellinsenteils zu dem Durchmesser der Vorsatzoptik zwischen 0,5 und 0,55 liegt.
  8. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Sammellinsenteil (14) eine Lichtaustrittsfläche (15) hat, deren Krümmungsradius kleiner ist als der Krümmungsradius der Lichteintrittsfläche (13) und/oder einen Öffnungswinkel von ≥ 40°, vorzugsweise 42° aufweist.
  9. LED-Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA, oder Glas besteht.
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