WO2000028260A1 - Vorrichtung zum weiterleiten und verteilen von elektromagnetischer strahlung, insbesondere von sichtbarem licht - Google Patents

Vorrichtung zum weiterleiten und verteilen von elektromagnetischer strahlung, insbesondere von sichtbarem licht Download PDF

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WO2000028260A1
WO2000028260A1 PCT/EP1999/008537 EP9908537W WO0028260A1 WO 2000028260 A1 WO2000028260 A1 WO 2000028260A1 EP 9908537 W EP9908537 W EP 9908537W WO 0028260 A1 WO0028260 A1 WO 0028260A1
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Tobias Hobert
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Tobias Hobert
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light 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
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0031—Reflecting element, sheet or layer

Definitions

  • the invention is directed to a device for forwarding and distributing electromagnetic radiation, in particular visible light, with a radiation source and with surfaces that at least partially reflect the radiation.
  • the reflection conditions used are in part quite complex and in part difficult to handle, so that it is the object of the invention to provide a solution which offers an alternative to films of this type, with which in particular an influence on the conductance and radiation behavior of such films Lighting fixtures can be taken.
  • the radiation source has a primary reflector for generating a bundle of radiation that is as parallel as possible and is arranged at an acute angle to a larger surface and the radiation is applied to it, the illuminated surface having a structure reflecting the rays .
  • the reflection of the parallel beam can be directed or diffuse depending on the surface structure of the illuminated surfaces.
  • the invention provides that the surface structure is formed by a plurality of parallel ribs which are essentially triangular in cross section, the ribs being able to be distributed in the longitudinal or transverse direction over the illuminated surface. Due to the illumination at an acute angle, the triangular ribs reflect the light in the desired manner, depending on the angle at which the illuminated surfaces are relative to the incident beam.
  • the illuminated surface can be straight or curved, with convex as well as concave curvatures being possible, depending on the type of lighting that is desired.
  • An advantageous embodiment of the invention consists in that the illuminated surface forms part of a body which in turn has at least partially reflective interfaces.
  • a system using the device according to the invention can illuminate walking, running or driving paths, regardless of the design of the longitudinal extension, here branches, curves, intersections and the like. the like be more illuminated. If two devices are used, for example with two lighting fixtures at both ends of the systems, several 100 m in length can e.g. be supplied with light.
  • FIG. 2 shows a simplified sectional illustration through the arrangement according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an enlarged surface structure representation of detail III in FIG. 2,
  • FIGS. 5a to 5c different possibilities of the curvature of the illuminated surface
  • Fig. 8 shows the possibility of crossing with semi-permeable reflection mirrors for electromagnetic waves and in 9 shows a basic illustration of differently incident light beams on reflecting / scattering surfaces.
  • the device for transmitting and distributing electromagnetic radiation, in particular light, is essentially formed from two basic elements, which are shown in simplified form in FIG. 1, namely a radiation source 2 which is capable of emitting comparatively parallel light , and from an illuminated surface 3 of a body 4, which is shown in the example of FIG. 1 as a section of a cylinder.
  • the radiation source 2 generates a largely parallel light beam, which is generally designated 5, one of the beams 6 being shown in broken lines.
  • the section according to circle III in FIG. 2 shows a surface structure shown in FIG. 3 with the corresponding radiation profile, wherein it can be seen that the surface structure 3 is exposed to parallel light at a very shallow angle, so that a radiation Beam 6a gives the flat angle of incidence the surface 3 is designated in Fig. 2 with.
  • the division of a right angle into the calculation angles ⁇ and y is indicated in FIG. 3, where, for example, the angle ⁇ can be in the range of 60 ° and the angle ⁇ in the range of 30 °.
  • FIG. 4 Another geometry is shown in FIG. 4.
  • the surface structure is made up of a multiplicity of parallel, cross-sectionally triangular ribs, these ribs are designated by 7, they can be transverse to the direction of illumination, i.e. to the beam 5, but also in the longitudinal direction, i.e. parallel to this, so that there are possibly ray profiles according to FIG. 5 or sub-figures 5a to 5c.
  • the illuminated areas are indicated there with the reference numerals 3b, 3c and 3d, the rays generally only with 6.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional electrical light-guiding element 8, which is equipped with longitudinal light-guiding channels 9, which are separated from one another by walls 10, instead of the two shown here Lichtleitkanäle 9 can also be provided several such channels.
  • the light guide channels 9 have surface structures 3 according to the invention, i.e. these surface structures scatter and / or reflect the light introduced.
  • the partitions 10 here have no light scattering or anti-reflective properties.
  • the design can be such that, for example, light is introduced into the element 8 in one channel from the left and via the other channel from the right, or in parallel by means of two adjacent lamps, e.g. from the left and / or right. Depending on the angle of incidence, total reflection of the light can occur on the walls 10.
  • FIG. 7 shows beam profiles in which the incident light 5 is reflected back, for example via an end mirror 11, insofar as it does not strike the surface structure 3. This can be done in that a part of the light rays is not introduced exactly in parallel, as shown in the figure, or there is total reflection on the bottom surface, which is denoted here by 12, a corresponding light ray is at 13 denotes that it is reflected back on the mirror 11 as a beam 13a. This means that stray light can also be fully exploited. The kind of Total reflection and the passage of light is shown separately in FIG. 9.
  • FIG. 8 shows the possibility of designing a "light crossing", here a body forming the crossing, generally designated 14, has two semitransparent mirrors 15, here at an angle of 90 ° to one another and at an angle of 45 ° to it incident light 5, part of the radiation passing through the intersection unreflected and unbroken, the corresponding rays are denoted by 5 ', a part is deflected upwards in the example of FIG. 8, these rays are denoted by 5' ', while another Is partially deflected downwards, these rays are labeled 5 '' '.
  • FIG. 9 shows the possibility of wall or floor surface design, which here consists of two spaced layers, namely a light scattering layer 16, which is made up of microstructures, and an anti-reflective layer, also made up of microstructures, which have reference number 17 wearing.
  • a light scattering layer 16 which is made up of microstructures
  • an anti-reflective layer also made up of microstructures, which have reference number 17 wearing.
  • an incident beam corresponding to FIG. 7, designated 13
  • another incident beam designated 5 which has been reflected at an angle by the surface structure, not shown here.
  • the light beam 5 is passed on as an emerging beam, this is denoted by 5a in FIG. 9.
  • the described exemplary embodiments of the invention can be modified in many ways without departing from the basic idea.
  • the radiation-conducting, reflecting or scattering surfaces are not restricted to the geometric shapes shown here, nor to the type of crossing or a diverting device for the electromagnetic waves used.
  • invisible light can also be used as well as other corresponding radiation.

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Abstract

Mit einer Vorrichtung zum Weiterleiten und Verteilen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem Licht, mit einer Strahlungsquelle und mit die Strahlung wenigstens teilweise reflektierenden Flächen, soll eine Lösung geschaffen werden, die eine Alternative zu derartigen Folien bietet, mit denen insbesondere ein Einfluß auf das Leit- und Strahlverhalten derartiger Beleuchtungskörper genommen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Strahlungsquelle (2) einen Primärreflektor aufweist zur Erzeugung einer möglichst parallelen gebündelten Strahlung (5) und in einem spitzen Winkel zu einer größeren Oberfläche (3) angeordnet ist und diese mit der Strahlung beaufschlagt, wobei die angestrahlte Oberfläche (3) eine die Strahlen reflektierende Struktur aufweist.

Description

"Vorrichtung zum Weiterleiten und Verteilen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem Licht"
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Weiterleiten und Verteilen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem Licht, mit einer Strahlungsquelle und mit die Strahlung wenigstens teilweise reflektierenden Flächen.
Es gibt eine Reihe derartiger Vorrichtungen, wobei neben herkömmlichen Lampen, seien diese Hochvolt- oder Niedervoltlampen, auch sogenannte Lichtleitröhren bekannt sind, wobei eine der möglichen Technologien sogenannte Lichtleitfolien im Inneren von Rohren vorsieht. Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Lichtleitröhren zeigt beispielsweise die DE-197 20 186-C des Anmelders. Eine etwas andere Technologie zeigt, als Beispiel aus einer Fülle derartiger Lösungen, die US-5 483 119.
Die zum Einsatz kommenden Reflektionsbedingungen sind zum Teil recht aufwendig und zum Teil schwer zu handhaben, so daß es Aufgabe der Erfindung ist, eine Lösung zu schaffen, die eine Alternative zu derartigen Folien bietet, mit denen insbesondere ein Einfluß auf das Leit- und Strahlverhalten derartiger Beleuchtungskörper genommen werden kann.
Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Strahlungsquelle einen Primärreflektor aufweist zur Erzeugung einer möglichst parallelen gebündelten Strahlung und in einem spitzen Winkel zu einer größeren Oberfläche angeordnet ist und diese mit der Strahlung beaufschlagt, wobei die angestrahlte Oberfläche eine die Strahlen reflektierende Struktur au weist .
Mit der Erfindung ist es mit vergleichsweise einfachen Mitteln möglich, ein paralleles Bündel elektromagnetischer Strahlen, z.B. ein paralleles Lichtbündel, über eine Länge und ggf. große Fläche zu verteilen.
Die Reflektion des parallelen Strahlenbündels kann dabei je nach Oberflächenstruktur der angestrahlten Flächen gerichtet oder diffus sein.
In besonderer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Oberflächenstruktur von einer Vielzahl paralleler, im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmiger Rippen gebildet wird, wobei die Rippen in Längs- oder Querrichtung über die angestrahlte Oberfläche verteilt sein können. Durch die An- strahlung im spitzen Winkel reflektieren die dreieckförmi- gen Rippen das Licht in der gewünschten Weise, je nachdem welchen Winkel die angestrahlten Flächen relativ zum auftreffenden Strahl einnehmen. Die angestrahlte Oberfläche kann gerade oder gekrümmt sein, wobei konvexe wie auch konkave Wölbungen durchaus möglich sind, je nachdem welche Art von Beleuchtung gewünscht wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die angestrahlte Oberfläche einen Teil eines Körpers bildet, der seinerseits wenigstens teilweise reflektierende Grenzflächen aufweist.
Mit dieser Gestaltung läßt sich erreichen, daß z.B. Licht aus dem eingesetzten System ausgeschleust werden kann, es kann aber auch umgeleitet werden, etwa in einem Winkel oder in Kurvenzügen, um geknickte oder gekurvte Bewegungsflächen für Güter oder Waren zu beleuchten. So kann ein System unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung Geh-, Lauf- oder Fahrwege beleuchten, unabhängig von der Gestaltung der Längsausdehnung, hier können Abzweigungen, Kurven, Kreuzungen u. dgl . mehr beleuchtet werden. Werden zwei Vorrichtungen eingesetzt, etwa mit zwei Beleuchtungskörpern an beiden Enden der Systeme, können mehrere 100 m an Länge z.B. mit Licht versorgt werden.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in Fig. 1 die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Strahlenquelle und angestrahlter Oberfläche,
Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch die Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Oberflächenstrukturdarstellung des Ausschnittes III in Fig. 2,
Fig. 4 eine abgewandelte Oberflächenstrukturdarstellung,
Fig. 5 mit den Fig. 5a bis 5c unterschiedliche Möglichkeiten der Krümmung der angestrahlten Oberfläche,
Fig. 6 einen Körper mit zwei Reflektionskammern in vereinfachter Darstellung,
Fig. 7 ein Detail eines Körpers zur Wellenabstrahlung im Schnitt mit innerem Detailreflektionsspiegel,
Fig. 8 die Möglichkeit einer Kreuzung mit semi-permeablen Reflektionsspiegeln für elektromagnetische Wellen sowie in Fig. 9 eine Prinzipdarstellung von unterschiedlich auf- treffenden Lichtstrahlen an reflektierenden / streuenden Flächen.
Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Weiterleiten und Verteilen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht, wird im wesentlichen aus zwei Grundelementen gebildet, die in Fig. 1 vereinfacht dargestellt sind, nämlich einer Strahlungsquelle 2, die in der Lage ist, vergleichsweise paralleles Licht auszusenden, sowie aus einer angestrahlten Oberfläche 3 eines Körpers 4, der im Beispiel der Fig. 1 als Ausschnitt eines Zylinders dargestellt ist.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, erzeugt die Strahlungsquelle 2 einen weitestgehend parallelen Lichtstrahl, der allgemein mit 5 bezeichnet ist, wobei strichpunktiert einer der Strahlen 6 herausgegriffen ist.
Mit dem Ausschnitt gemäß Kreis III in Fig. 2 ist eine in Fig. 3 wiedergegebene Oberflächenstruktur dargestellt mit dem entsprechenden Strahlungsverlauf, wobei dort erkennbar ist, daß die Oberflächenstruktur 3 in einem sehr flachen Winkel mit parallelem Licht beaufschlagt wird, so daß sich ein Abstrahl-Strahl 6a ergibt, der flache Anstrahlwinkel der Oberfläche 3 ist in Fig. 2 mit bezeichnet. Die Aufteilung eines rechten Winkels in die Berechungswinkel ß und y ist in Fig. 3 angedeutet, wobei dort beispielsweise der Winkel ß im Bereich von 60° und der Winkel γ im Bereich von 30° liegen kann.
Eine andere Geometrie zeigt die Fig. 4. Hier sind die Winkel ß' und γ' mit je 45° angedeutet, so daß sich eine entsprechende Abstrahlung etwa in der dargestellten Weise ergibt, wobei die Figuren lediglich Prinzipskizzen darstellen.
Die Oberflächenstruktur ist, wie dargestellt, aus einer Vielzahl paralleler, querschnittlich dreieckiger Rippen gestaltet, diese Rippen sind mit 7 bezeichnet, sie können quer zur Anstrahlrichtung, d.h. zum Strahlenbündel 5, ausgerichtet sein, aber auch in Längsrichtung, d.h. parallel dazu, so daß sich ggf. Strahlenverläufe nach Fig. 5 bzw. den Unterfiguren 5a bis 5c ergeben. Die angestrahlten Flächen sind dort mit den Bezugszeichen 3b, 3c und 3d angegeben, die Strahlen allgemein lediglich mit 6.
In Fig. 6 ist ein querschnittlich elektrisches Lichtleitelement 8 dargestellt, das mit längsverlaufenden Lichtleitkanälen 9 ausgerüstet ist, die über Wände 10 voneinander getrennt sind, wobei statt der hier dargestellten zwei Lichtleitkanäle 9 auch mehrere derartige Kanäle vorgesehen sein können.
An ihrer Oberseite weisen die Lichtleitkanäle 9 Oberflächenstrukturen 3 nach der Erfindung auf, d.h. diese Oberflächenstrukturen streuen und/oder reflektieren das eingeleitete Licht. Die Trennwände 10 weisen hier keinerlei Lichtstreu- oder Entspiegelungseigenschaften auf . Die Gestaltung kann dabei so getroffen sein, daß beispielsweise in das Element 8 in den einen Kanal von links und über den anderen Kanal von rechts Licht eingebracht wird oder aber mittels zweier benachbarter Lampen parallel, z.B. von links und/oder rechts. Je nach Einfallwinkel kann es an den Wänden 10 zur Totalreflektion des Lichtes kommen.
In Fig. 7 sind Strahlenverläufe dargestellt, bei denen das einfallende Licht 5 beispielsweise über einen Endspiegel 11 zurückreflektiert wird, soweit es nicht auf die Oberflächenstruktur 3 auftrifft. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß ein Teil der Lichtstrahlen nicht exakt parallel eingeleitet wird, wie dies in der Figur dargestellt wird, oder es aber an der Bodenfläche, die hier mit 12 bezeichnet ist, zu einer Totalreflektion kommt, ein entsprechender Lichtstrahl ist mit 13 bezeichnet, er wird am Spiegel 11 als Strahl 13a zurückreflektiert. Damit ist eine vollständige Ausnutzung auch von Streulicht möglich. Die Art der Totalreflektion und des Lichtdurchtrittes ist in Fig. 9 nochmals gesondert dargestellt.
In Fig. 8 ist die Möglichkeit dargestellt, eine "Lichtkreuzung" zu gestalten, hier weist ein die Kreuzung bildender Körper, allgemein mit 14 bezeichnet, zwei halbdurchlässige Spiegel 15 auf, hier im Winkel von 90° zueinander und im Winkel von 45° zu dem einfallenden Licht 5, wobei ein Teil der Strahlung die Kreuzung unreflektiert und ungebrochen durchläuft, die entsprechenden Strahlen sind mit 5' bezeichnet, ein Teil wird im Beispiel der Fig. 8 nach oben abgelenkt, diese Strahlen sind mit 5'' bezeichnet, während ein weiterer Teil nach unten abgelenkt ist, diese Strahlen sind mit 5''' bezeichnet.
In Fig. 9 ist die Möglichkeit der Wand- oder Bodenflächengestaltung dargestellt, die hier aus zwei auf Abstand zueinander befindlichen Schichten besteht, und zwar aus einer Lichtstreuschicht 16, die aus MikroStrukturen aufgebaut ist und einer Entspiegelungsschicht, ebenfalls aufgebaut aus MikroStrukturen, die das Bezugszeichen 17 trägt. Hier wird ein einfallender Strahl, entsprechend Fig. 7, mit 13 bezeichnet, total reflektiert und ein anderer mit 5 bezeichneter einfallender Strahl, der im Winkel von der hier nicht dargestellten Oberflächenstruktur reflektiert worden ist. An der Schicht 17 kann es zu einer Reflektion auch bei vergleichsweise großem auftreffenden Winkel kommen, falls eine Entspiegelungsschicht nicht vorgesehen ist, wie dies in Fig. 9 angedeutet ist. Im übrigen wird aber der Lichtstrahl 5 als austretendes Strahlenbündel weitergeleitet, dies ist in Fig. 9 mit 5a bezeichnet.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So sind die Strahlen leitenden, reflektierenden oder streuenden Flächen nicht auf die hier dargestellten geometrischen Formen beschränkt, auch nicht auf die Art einer Kreuzungsbildung oder einer Ausleiteinrichtung für die eingesetzten elektromagnetischen Wellen. Hier kann auch nicht sichtbares Licht ebenso eingesetzt werden wie eine andere entsprechende Strahlung.

Claims

Patentansprüche;
1. Vorrichtung zum Weiterleiten und Verteilen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von sichtbarem Licht, mit einer Strahlungsquelle und mit die Strahlung wenigstens teilweise reflektierenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (2) einen Primärreflektor aufweist zur Erzeugung einer möglichst parallelen gebündelten Strahlung (5) und in einem spitzen Winkel zu einer größeren Oberfläche (3) angeordnet ist und diese mit der Strahlung beaufschlagt, wobei die angestrahlte Oberfläche (3) eine die Strahlen reflektierende Struktur aufweist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angestrahlte Oberfläche (3) eine Struktur zur gerichteten und/oder diffusen Reflektion aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur (3) von einer Vielzahl paralleler, im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmiger Rippen (7) gebildet wird.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (7) in Längs- oder Querrichtung über die angestrahlte Oberfläche verteilt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die angestrahlte Oberfläche (3a-3d) gerade oder gekrümmt ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die angestrahlte Oberfläche (3) einen Teil eines Körpers (8,14) bildet, der seinerseits wenigstens teilweise reflektierende Grenzflächen (12) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (14) wenigstens teilweise reflektierende Flächen (15) zum Umleiten der elektromagnetischen Strahlung in eine andere als die an- bzw. abgestrahlte Richtung aufweist .
PCT/EP1999/008537 1998-11-10 1999-11-08 Vorrichtung zum weiterleiten und verteilen von elektromagnetischer strahlung, insbesondere von sichtbarem licht WO2000028260A1 (de)

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