WO2005071310A1 - Anordnung zur gleichmässigen oder vorgebbaren beleuchtung von grossen flächen - Google Patents

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WO2005071310A1
WO2005071310A1 PCT/DE2005/000038 DE2005000038W WO2005071310A1 WO 2005071310 A1 WO2005071310 A1 WO 2005071310A1 DE 2005000038 W DE2005000038 W DE 2005000038W WO 2005071310 A1 WO2005071310 A1 WO 2005071310A1
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fresnel structure
flanks
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collimated light
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Matthias Stier
Werner Hoffman
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Fresnel Optics Gmbh
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    • F21W2131/402—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use for working places

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the uniform or predefinable illumination of large areas with a light source, with the aim of achieving a largely constant illuminance distribution over the respective area.
  • large-area lighting can be achieved outdoors, but also in closed rooms, so that it is suitable, for example, for illuminating traffic or office spaces.
  • it can also be a desired predetermined illumination of certain surface areas of a surface to be illuminated, such as in particular external ones
  • Edge areas of such an area can be reached.
  • illuminance drops occur with a factor cos (w) 3 , based on the center of the illuminated surface (at 60 °: 0.125). For example, there is a reduction in illuminance at the edges in relation to the center of the respective area to 1/8 in conventional solutions.
  • the arrangement according to the invention for uniform or predetermined illumination of large areas, the respective large areas always being to be evaluated in relation to the size of the respective light source or the light radiation emitted by a light source uses at least one reflective element on which a Fresnel structure is formed and collimated light of the light source is reflected on the surface provided with the Fresnel structure. A slight divergence can be tolerated in the light directed onto this surface and, if necessary, can also be compensated for by suitable measures on the reflecting element.
  • a Fresnel structure that is at least partially free of flanks is formed on the at least one reflecting element.
  • This Fresnel structure is formed from alternating active edges, each with respect to the incident col- limited light have changing angular inclinations.
  • collimated light incident with an active flank aligned at an angular inclination is collected, and the incident collimated light is scattered with the active flank that is adjacent to such an active flank and is oriented at a different angle inclination.
  • such an interference-free Fresnel structure should be formed at least in the radially outer region of such a reflective element with respect to the optical axis of the entire system or the collimated light.
  • a reflective element according to the invention used for reflection with a Fresnel structure free of interference flanks.
  • Fresnel structure on its rear side on reflective elements to be used according to the invention, so that the collimated light strikes the respective active edges of the Fresnel structure according to the invention via the surface of the reflecting element facing the respective light source
  • Dependence of the respective angle of inclination of the active surfaces is reflected and, after a refraction at the interface, which is arranged opposite the interference-free Fresnel structure on the surface of the reflecting element, is additionally broken, so that such a refraction again makes the beam guidance advantageous for the desired uniform large area Illumination can be used.
  • the reflective element to be used according to the invention should be formed from a material transparent to the respective light with a known refractive index, and the outer surfaces of the interference-free Fresnel structure should be coated with a coating reflecting the respective light.
  • the actual reflective elements can consist of a suitable plastic that can be processed, for example, by injection molding or conventional hot stamping.
  • the collimated light is reflected directly on the surface of an interference-free Fresnel structure without the respective one
  • the Fresnel structure according to the invention which is free of interference flanks can also be formed exclusively from a corresponding reflective material or, as already mentioned, such a reflective coating has been formed on a corresponding Fresnel structure without interference flanks.
  • the distance A of the one or more reflective element (s) from the surface to be illuminated should be at least five times, preferably at least ten times as large as the diameter or the surface diagonal of the cross section of the respective collimated light, which is directed to the respective o - Which is directed towards the correspondingly arranged reflective element (s).
  • one of the two active flanks of a pair of oppositely oriented active flanks arranged adjacent to one another performs the function of a concave reflex (concave mirror) and the other active flank performs the function of a convex mirror (arched mirror).
  • the active flank performing the function of a convex mirror scatters the light in the direction of the outer edge of the surface to be illuminated and the active surface performing the function of a concave mirror collects the light in the direction of the focal point, but since the distances of the surface to be illuminated are kept relatively large, too the light reflected with such an active edge is actually scattered.
  • the images obtained on the respective differently oriented active surfaces by reflection on the surface to be illuminated overlap on the surface to be illuminated in each case and the illuminance is homogenized over the entire surface to be illuminated.
  • the light distribution is independent of the respective geometry of the light source or the beam geometry of the light radiation emitted by it, so that one can speak of illumination in the so-called "far field”.
  • the photometric limit distance of the photometric distance law should be taken into account.
  • Figure 1 in schematic form an example of an arrangement for illuminating large areas
  • FIG. 2 shows a partial representation of a reflective element with a conventional Fresnel structure, as can be used in an arrangement according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows in schematic form the reflection behavior of a conventional Fresnel structure on the active and interference flanks
  • FIG. 4 shows the reflection behavior on a conventional Fresnel structure with multiple reflections on the interference flank
  • FIG. 5 shows, in schematic form, the basic reflection behavior on an interference-free Fresnel structure to be used according to the invention
  • Figure 6 in three-dimensional form a calculated illuminance distribution over an area that can be achieved with an arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 an arrangement for illuminating large areas 5 is shown in schematic form.
  • collimated light 1 ′ from a light source 1 is directed onto a reflecting element 2 provided with a Fresnel structure and is reflected back by the latter in the direction of the surface 5 to be illuminated with a correspondingly large aperture.
  • FIGS. 2 and 3 show partial representations in which conventional reflective elements provided with a Fresnel structure are shown with their respective beam guidance.
  • FIG. 2 indicates how the collimated light of the light source 1 strikes the active flanks of a conventional Fresnel structure through the material of a reflecting element, is reflected at a radially outward angle according to the angle of incidence on the respective active flanks and on the outer surface , is accordingly broken again as the interface of the reflecting element.
  • part of the collimated light 1 ′ strikes an interference flank directly, is reflected by the latter on an active edge and from the active edge again on the interference edge and is then reflected by the reflecting element 2 for illuminating a surface ,
  • the proportion of the light reflected by the reflecting element 2 emerges almost parallel to it, so that an undesirable increase in the illuminance occurs in the central region of the surface to be illuminated.
  • FIG. 5 is intended to illustrate the advantageous reflection behavior of a Fresnel structure free of interference edges on a reflective element 2 that can be used in the invention in a schematic form.
  • the respective reflected light is then refracted accordingly on the opposite surface of the reflecting element 2.
  • FIG. 5 clearly shows that the collimated light 1 ′ incident from the active surfaces 3 and 4 oriented at different angular inclinations is reflected in opposite directions and is additionally refracted.
  • the light reflected in each case on the active edges 3 and 4 and possibly additionally refracted is opened once in the direction deflected the radially outer edge of the surface 5 to be illuminated and the other of the active surfaces 3 or 4 in each case directs light in focused form to a corresponding focal point and with a correspondingly large distance between the reflecting element 2 and the surface 5 to be illuminated above the focal point which is in the optical Axis is arranged in the radially outer direction further outwards, so that the desired effect according to the invention of a uniform illuminance, which is to be achieved over the entire surface 5 to be illuminated, can be achieved.
  • the respective angles of inclination of active flanks 3 and 4 of a Fresnel structure free of interference flanks can be adapted according to their distances in relation to the optical axis and correspondingly different angles of inclination of active surfaces 3 and 4 on the reflective element.
  • the surface of a reflective element 2, into which the light enters and exits again can also be concave and / or convexly curved at least in regions .
  • a divergence of the collimated light 1 'directed at the corresponding surface of the reflecting element 2 can be compensated for and, on the other hand, the exit angle of the surface formed on such a surface in a curved manner can be improved for the desired homogeneous illumination of the respective surface 5 reflective elements 2 broken light can be exploited.
  • FIG. 6 shows in three dimensions a calculated illuminance distribution over an illuminated surface 5, which can be achieved with an example of an arrangement according to the invention.
  • the surface 5 to be illuminated considered here had a circular shape with a diameter of 7100 mm, with a distance of the surface from the reflecting element 2 of 2500 mm.
  • a maximum edge ray inclination of 55 ° was assumed for light reflected on a reflecting element 2, which is directed onto a surface to be illuminated. This peripheral beam angle would correspond to the respective outer light rays, as can be seen in FIG. 1.
  • a 8 -5.0425E-16 is displayed.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur gleichmäßi­gen oder vorgebbaren Beleuchtung von grossen Flächen. Gemäss der gestellten Aufgabe sollen solche grossen Flächen mit den vorgegebenen Parametern kostengünsti­ger und in variablerer Form beleuchtet werden können, wobei eine relativ geringe Baugröße mindestens eines einzusetzenden reflektierenden Elementes eingehalten werden soll. Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird dabei von einer Lichtquelle (1) kollimiertes Licht (1') auf mindestens ein reflektierendes Element (2) mit einer in Fresnelstruktur ausgebildeten reflektierenden Ober­fläche gerichtet. Am reflektierenden Element ist zumindest bereichsweise eine störflankenfreie Fres­nelstruktur mit Bezug zum einfallenden kollimierten Licht wechselnde Winkelneigungen aufweisen, vorhan­den. Von diesen Wirkflanken wird das einfallende kol­limierte einmal gesammelt und von der jeweils benach­barten Wirkflanke gestreut.

Description

Anordnung zur gleichmäßigen oder vorgebbaren Beleuchtung von großen Flächen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur gleichmäßi- gen oder vorgebbaren Beleuchtung von großen Flächen mit einer Lichtquelle, wobei über die jeweilige Fläche eine weitestgehend konstante Beleuchtungsstärkeverteilung erreicht werden soll. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können beispielsweise eine großflächi- ge Beleuchtung im Freien, aber auch in geschlossenen Räumen erzielt werden, so dass sie beispielsweise für die Ausleuchtung von Verkehrs- oder auch Büroräumen geeignet ist . Es kann aber auch eine gewünschte vorgegebene Beleuchtung bestimmter Flächenbereiche einer zu beleuchtenden Fläche, wie insbesondere äußere
Randbereiche einer solchen Fläche erreicht werden.
Bei der Ausleuchtung von Flächen mit großen Aperturwinkeln, bei denen die Randstrahlung mit Winkeln von ca. 120 ° emittiert wird, kommt es an den Rändern von
auszuleuchtenden Flächenbereichen zu einem erheblichen Abfall der dort erreichbaren Beleuchtungsstärken.
Unter Berücksichtigung des photometrischen Entfernungsgesetzes und die schräg geneigte Projektion des abgestrahlten Lichtes auf die jeweilige auszuleuchtende Fläche treten Beleuchtungsstärkeabfälle, mit einem Faktor cos (w)3, bezogen auf die Mitte der be- leuchteten Fläche (bei 60 °: 0,125 auf). So ist eine Reduzierung der Beleuchtungsstärke an den Rändern in Bezug zur Mitte der jeweiligen Fläche auf 1/8 bei herkömmlichen Lösungen zu verzeichnen.
Für viele Anwendungsf lle ist aber eine gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung über die gesamte jeweilig auszuleuchtende Fläche erwünscht.
Hierzu werden bei bekannten Lösungen speziell asphä- risch geformte und Freiformflächen aufweisende Reflektoren eingesetzt, die hohe Anforderungen an die Berechnung und die Herstellung solcher Asphären und Freiformflächen aufweisenden Reflektoren stellen. Üblicherweise müssen solche Reflektoren auch für den jeweiligen Anwendungsfall gesondert berechnet und gefertigt werden.
In einer anderen Alternative ist es ebenfalls Stand der Technik gesondert berechnete optische Elemente mit Fresnelstrukturen für eine solche Beleuchtung einzusetzen, die in relativ weiten Bereichen eine Variation der Beleuchtungsstärkeverteilung ermöglichen.
Bei den herkömmlichen Fresneloptiken werden aber al- ternierend wechselnd die so genannten Wirk- und Störflanken eingesetzt, wobei die Störflanken einen eher negativen Einfluss auf die Lichtführung ausüben und häufig Lichtverluste in Kauf genommen werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten vorzuschlagen, mit denen eine gleichmäßige oder vorgegebene Beleuchtung großer Flächen in kostengünstiger, variabler Form erreichbar ist und eine relativ geringe Baugröße mindestens eines einzusetzenden reflektierenden Elementes eingehalten werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den unter- geordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werde .
Die erfindungsgemäße Anordnung zur gleichmäßigen oder vorgegebenen Beleuchtung von großen Flächen, wobei die jeweiligen großen Flächen immer in Bezug zur Größe der jeweiligen Lichtquelle, bzw. der von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahlung gewertet werden soll, verwendet mindestens ein reflektierendes Element, an dem eine Fresnelstruktur ausgebildet ist und kollimiertes Licht der Lichtquelle an der mit der Fresnelstruktur versehenen Oberfläche reflektiert wird. Bei dem auf diese Oberfläche gerichteten Licht kann eine geringe Divergenz toleriert und durch geeignete Maßnahmen am reflektierenden Element gegebe- nenfalls auch noch kompensiert werden.
Dabei ist an dem mindestens einen reflektierenden Element eine zumindest bereichsweise storflankenfreie Fresnelstruktur ausgebildet. Diese Fresnelstruktur wird dabei aus alternierend wechselnden Wirkflanken gebildet, die jeweils in Bezug zum einfallenden kol- limierten Licht wechselnde Winkelneigung aufweisen. Dadurch wird mit einer in einer Winkelneigung ausgerichteten Wirkflanke einfallendes kollimiertes Licht gesammelt und mit der zu einer solchen Wirkflanke be- nachbarten in einer jeweils anderen Winkelneigung ausgerichteten Wirkflanke das einfallende kollimierte Licht gestreut.
In bevorzugter Form sollte dabei eine solche stör- flankenfreie Fresnelstruktur in Bezug zur optischen Achse des gesamten Systems bzw. des kollimierten Lichtes zumindest im radial äußeren Bereich eines solchen reflektierenden Elementes ausgebildet sein. Selbstverständlich besteht aber auch die Möglichkeit, den gesamten zur Reflexion genutzten Oberflächenbereich eines solchen erfindungsgemäßen reflektierenden Elementes mit einer störflankenfreien Fresnelstruktur zu versehen.
Vorteilhaft ist es außerdem an erfindungsgemäß einzusetzenden reflektierenden Elementen eine storflankenfreie Fresnelstruktur auf dessen Rückseite auszubilden, so dass das kollimierte Licht über die der jeweiligen Lichtquelle zugewandten Oberfläche des re- flektierenden Elementes, durch dieses hindurch auf die jeweiligen Wirkflanken der erfindungsgemäßen Fresnelstruktur auftreffen, an diesen in Abhängigkeit der jeweiligen Neigungswinkel der Wirkflächen reflektiert und nach einer Brechung an der Grenzfläche, die gegenüberliegend der störflankenfreien Fresnelstruktur an der Oberfläche des reflektierenden Elementes angeordnet ist, zusätzlich gebrochen wird, so dass durch eine solche Brechung die Strahlführung nochmals vorteilhaft für die gewünschte gleichmäßige großflä- chige Ausleuchtung genutzt werden kann. In diesem Fall sollte das erfindungsgemäß einzusetzende reflektierende Element aus einem das jeweilige Licht transparenten Werkstoff mi einem bekannten BrechungsIndex gebildet sein und die äußeren Oberflä- chen der störflankenfreien Fresnelstruktur mit einer das jeweilige Licht reflektierenden Beschichtung ü- berzogen sein. So können die eigentlichen reflektierenden Elemente aus einem geeigneten Kunststoff bestehen, der beispielsweise durch Spritzgussverfahren oder an sich herkömmliches Heißprägen bearbeitet werden kann.
Erfolgt die Reflexion des kollimierten Lichtes aber direkt unmittelbar auf der Oberfläche einer störflan- kenfreien Fresnelstruktur, ohne dass das jeweilige
Licht vorab durch den Werkstoff eines reflektierenden Elementes auf die jeweiligen Wirkflanken auftrifft, kann die erfindungsgemäße storflankenfreie Fresnelstruktur auch ausschließlich aus einem entspre- chend reflektierenden Werkstoff gebildet sein oder, wie bereits angesprochen, eine solche reflektierende Beschichtung auf einer entsprechend störflankenfreien Fresnelstruktur ausgebildet worden sein.
An einer erfindungsgemäßen Anordnung können aber auch mehr als ein reflektierendes Element mit störflanken- freier Fresnelstruktur eingesetzt werden. So besteht die Möglichkeit mehrere solcher reflektierender Elemente in Form eines so genannten „Arrays" nebeneinan- der anzuordnen, die gegebenenfalls auch fest oder wieder lösbar miteinander verbunden werden können. In dieser Form lassen sich quasi, wie in einem Baukastensystem, unterschiedlich dimensionierte und den jeweiligen Anwendungsfall berücksichtigende erfindungs- gemäße Anordnungen montieren. Sowohl ein, wie auch mehrere reflektierende Elemente, an denen storflankenfreie FresnelStrukturen ausgebildet sind, sollten dabei möglichst in einer gemeinsamen Ebene, die außerdem möglichst parallel oder unter einem geneigten Winkel zur jeweiligen zu beleuchtenden Fläche ausgerichtet ist, angeordnet werden.
Für die gewünschte homogene Ausleuchtung der jeweiligen relativ großen Fläche sollten bevorzugt Mindest- abstände an einer erfindungsgemäßen Anordnung eingehalten werden, um die gewünschten Effekte erreichen zu können. So sollte der Abstand A des einen oder auch mehrerer reflektierender (n) Element (e) zur zu beleuchtenden Fläche mindestens fünffach, bevorzugt mindestens zehnfach so groß sein, wie der Durchmesser oder die Flächendiagonale des Querschnitts des jeweiligen kollimierten Lichtes, das auf das jeweilige o- der die zueinander entsprechend angeordneten reflektierende (n) Element (e) gerichtet ist, sein.
Dadurch können die mit der Erfindung erreichbaren Effekte noch besser ausgenutzt werden. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass eine der beiden Wirkflanken eines benachbart zueinander angeordneten entsprechend entgegengesetzt ausgerichteten Wirkflankenpaares, die Funktion eines konkaven Reflex (Hohl-Spiegel) und die jeweils andere Wirkflanke die Funktion eines konvexen Spiegels (Wölbspiegels) erfüllt. Die die Funktion eines konvexen Spiegels ausübende Wirkflanke streut das Licht in Richtung äußeren Rand der auszuleuchtenden Fläche und die die Funktion eines konkaven Spiegels ausübende Wirkfläche sammelt das Licht in Richtung des Brennpunktes, da aber die Entfernungen der zu beleuchtenden Fläche relativ groß gehalten sind, wird auch das entsprechend mit einer solchen Wirkflanke reflektierte Licht eigentlich gestreut. Die durch die an den jeweiligen unterschiedlich ausgerichteten Wirkflächen durch Reflexion auf die zu beleuchtende Fläche erhaltenden Abbildungen überlagern sich auf der jeweilig auszuleuchtenden Fläche und es wird eine Vergleichmäßigung der Beleuchtungsstärke über die gesamte zu beleuchtende Fläche erreicht . Die Lichtverteilung erfolgt dabei unabhängig von der jeweiligen Geometrie der Lichtquelle oder der Strahlgeometrie der von dieser emittierten Licht- Strahlung, so dass von einer Ausleuchtung im so genannten „Fernfeld" gesprochen werden kann. Hierbei sollte die photometrische Grenzentfernung des photometrischen Entfernungsgesetzes berücksichtigt sein.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Form ein Beispiel einer Anordnung für eine Ausleuchtung großer Flächen;
Figur 2 eine Teildarstellung eines reflektierenden Elementes mit konventioneller Fresnelstruktur, wie es bei einer Anordnung nach Figur 1 eingesetzt werden kann;
Figur 3 in schematischer Form das Reflexionsverhal- ten einer konventionellen Fresnelstruktur an Wirk- und Störflanke;
Figur 4 das Reflexionsverhalten an einer konventionellen Fresnelstruktur mit Mehrfachreflexi- onen an der Störflanke;- Figur 5 in schematischer Form das prinzipielle Reflexionsverhalten an einer erfindungsgemäß einzusetzenden störflankenfreien Fresnelstruktur und
Figur 6 in dreidimensionaler Form eine berechnete Beleuchtungsstärkeverteilung über eine Fläche, die mit einer erfindungsgemäßen Anordnung erreichbar ist.
In Figur 1 ist in schematischer Form eine Anordnung zur Beleuchtung großer Flächen 5 dargestellt. Dabei wird kollimiertes Licht 1' einer Lichtquelle 1 auf ein mit einer Fresnelstruktur versehenes reflektie- rendes Element 2 gerichtet und von diesem in Richtung auf die zu beleuchtende Fläche 5 mit einer entsprechend großen Apertur zurückreflektiert.
In Figuren 2 und 3 sind Teildarstellungen gezeigt, bei denen herkömmliche, mit einer Fresnelstruktur versehene reflektierende Elemente mit ihrer jeweiligen Strahlführung dargestellt sind.
So wird mit Figur 2 angedeutet, wie das kollimierte Licht der Lichtquelle 1 durch den Werkstoff eines reflektierenden Elementes auf die Wirkflanken einer herkömmlichen Fresnelstruktur auftrifft, entsprechend des Einfallswinkels auf den jeweiligen Wirkflanken in einem radial nach außen gerichteten Winkel reflek- tiert und an der äußeren Oberfläche, als Grenzfläche des reflektierenden Elementes entsprechend nochmals gebrochen wird.
Mit der schematischen Darstellung nach Figur 3 soll aber verdeutlicht werden, wie ein Teil des einfallenden kollimierten Lichtes 1' nicht nur an einer Wirk- flanke 6 einer herkömmlichen Fresnelstruktur, sondern auch an einer Störflanke 7 reflektiert wird, so dass dieser Teil, der sowohl an Wirk-, wie auch an Störflanken reflektiert zu einer stärkeren Ausleuchtung, mit entsprechend erhöhter Beleuchtungsstärke des zentralen mittigen Bereiches der jeweiligen zu beleuchtenden Fläche führt .
Wie aus Figur 4 deutlich ersichtlicht wird, trifft ein Teil des kollimierten Lichtes 1' direkt auf eine Störflanke, wird von dieser auf eine Wirkflanke reflektiert und von der Wirkflanke wieder auf die Störflanke und von dieser dann aus dem reflektierenden Element 2 zur Beleuchtung einer Fläche reflektiert. Der Anteil des vom reflektierenden Element 2 reflektierten Lichtes tritt dabei nahezu parallel aus diesem heraus, so dass eine unerwünschte Erhöhung der Beleuchtungsstärke im zentralen Bereich der zu beleuchtenden Fläche auftritt.
Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten reflektierenden Elementen 2 könnte eine solche unerwünschte Lichtführung, die insbesondere durch die Reflexionen an den Störflanken auftritt, vermieden werden, wenn ein Störflankenwinkel von 0 ° eingehalten worden ist, wobei dieser Winkel in Bezug zur optischen Achse betrachtet werden soll. Bei einer Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 würde dann ein Lichtstrahl nach der Reflexion an einer senkrechten Störflanke mit dem gleichen Win- kel nach rechts aus dem reflektierenden Element 2 austreten, so dass er mit dem gle'ichen Abstand auf der anderen Seite der zu beleuchtenden Fläche auf- treffen würde. Ein analoges Verhalten würde ein Lichtstrahl auf der gegenüberliegenden Seite des re- flektierenden Elementes 2 zeigen, so dass dadurch dann keine Erhöhung der Beleuchtungsstärke im zentra- len mittigen Bereich der zu beleuchtenden Fläche zu verzeichnen wäre. Solche FresnelStrukturen sind aber wegen der üblichen formgebenden Herstellungsverfahren ungeeignet, da sie eine zerstörungsfreie Entformung unmöglich machen.
Mit Figur 5 soll aber das vorteilhafte Reflexionsverhalten einer Störflankenfreien Fresnelstruktur an einer bei der Erfindung einsetzbarem reflektierendem Element 2 in schematischer Form verdeutlicht werden.
So trifft das von der hier nicht dargestellten Lichtquelle 1 emittierte, kollimierte Licht 1' zumindest nahezu orthogonal auf ein planare ebene Grenzfläche eines ansonsten transparenten reflektierenden Elementes 2, auf die jeweiligen Wirkflanken 3 und 4, die in Bezug zur optischen Achse, die parallel zum kolli- mierten Licht ausgerichtet ist, in einem jeweils entgegengesetzten Winkel geneigt sind, auf und wird ent- sprechend der Einfallswinkel auf diese, hier reflektierend beschichteten Wirkflanken 3 und 4 die jeweiligen Einfallswinkel berücksichtigend, reflektiert. Das jeweilige reflektierte Licht wird dann an der gegenüberliegenden Oberfläche des reflektierenden Ele- mentes 2 entsprechend gebrochen. Dabei ist Figur 5 deutlich entnehmbar, dass das von den in unterschiedlichen Winkelneigungen ausgerichteten Wirkflächen 3 und 4 einfallende kollimierte Licht 1' jeweils in entgegengesetzte Richtungen reflektiert und zusätz- lieh gebrochen wird.
Je nach Position/Abstand der Wirkflanken 3 und 4 in Bezug zur optischen Achse des einfallenden kollimier- ten Lichtes 1' wird dabei das jeweilige an den Wirk- flanken 3 und 4 reflektierte und gegebenenfalls zusätzlich noch gebrochene Licht einmal in Richtung auf den radial äußeren Rand der zu beleuchtenden Fläche 5 abgelenkt und die jeweils andere der Wirkflächen 3 oder 4 lenkt Licht in fokussierter Form auf einen entsprechenden Brennpunkt und bei entsprechend großem Abstand zwischen reflektierendem Element 2 und zu beleuchtender Fläche 5 über den Brennpunkt, der in der optischen Achse angeordnet ist, in radial äußere Richtung weiter nach außen hinaus ab, so dass sich dadurch der erfindungsgemäß gewünschte Effekt einer gleichmäßigen Beleuchtungsstärke, die über die gesamte zu beleuchtende Fläche 5 erreicht werden soll, einstellen kann.
In nicht dargestellter Form können zusätzlich, ausge- hend von der optischen Achse einer erfindungsgemäßen Anordnung, die jeweiligen Neigungswinkel von Wirkflanken 3 und 4 einer störflankenfreien Fresnelstruktur entsprechend ihrer Abstände in Bezug zur optischen Achse angepasst werden und entsprechend unter- schiedliche Neigungswinkel von Wirkflächen 3 und 4 am reflektierenden Element eingehalten werden.
Bei einem Beispiel, analog zu einem reflektierenden Element 2, wie es in Figur 5 gezeigt ist, kann aber auch die Oberfläche eines reflektierenden Elementes 2, in die das Licht ein- und gebrochen wieder austritt, zumindest bereichsweise konkav und/oder konvex gekrümmt ausgebildet sein. Dadurch können einmal eine nicht auszuschließende Divergenz, des auf die ent- sprechende Oberfläche des reflektierenden Elementes 2 gerichteten kollimierten Lichtes 1' kompensiert und gegebenenfalls zum anderen für die gewünschte homogene Beleuchtung der jeweiligen Fläche 5 verbesserte Austrittswinkel der an einer solchen in gewölbter Form ausgebildeten Oberfläche von reflektierenden Elementen 2 gebrochenen Lichtes ausgenutzt werden. In Figur 6 ist in dreidimensionaler Form eine berechnete Beleuchtungsstärkeverteilung über eine beleuchtete Fläche 5, die mit einem Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung erreichbar ist, gezeigt.
Die hier berücksichtigte zu beleuchtende Fläche 5 hatte eine Kreisform mit einem Durchmesser von 7100 mm, bei einem Abstand der Fläche vom reflektierenden Element 2 von 2500 mm.
Bei der Berechnung wurden folgende weitere Parameter eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung berücksichtigt :
Es wurde eine maximale Randstrahlneigung von 55 ° für an einem reflektierenden Element 2 reflektiertes Licht, das auf eine zu beleuchtende Fläche gerichtet wird, angenommen. Dieser Randstrählwinkel entspräche den jeweiligen äußeren Lichtstrahlen, wie sie Figur 1 entnommen werden können.
Es ergab sich dadurch ein Beleuchtungsstärkeabfall von cos3 (55) = 0,189, was etwa 19 % in Bezug zur Mitte der zu beleuchtenden Fläche entsprechen würde.
Durch die Berechnung für ein erfindungsgemäßes reflektierendes Element 2 konnte hierfür eine deutliche Kompensation nachgewiesen werden, so dass eine gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung über die recht große Fläche erreicht werden konnte.
Bei der Berechnung wurde auf die bekannte Asphärengleichung:
Z =(l/r x h2) / (l+Λ/l+ (l-cc)xh2 /r2 +A2h2 +A4h4 +A6h6 +A8h8....) Dabei wurde von einem zurückgegriffenen Radius r = 157,67 mm
einem KegelSchnittparameter cc = -1
A2 = 0
A4 = -1.73625E-7
A6 = 1.23325E-11 und
A8 = -5.0425E-16 angezeigt.
Als h wurde der jeweilige Abstand von der optischen Achse berücksichtigt.
Das reflektierende Element war aus einem transparen- ten Werkstoff mit einem Brechungsindex von n = 1.49.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur gleichmäßigen oder vorgebbaren Beleuchtung von großen Flächen mit einer Licht- quelle, von der kollimiertes Licht auf mindestens ein reflektierendes Element mit einer in Fresnelstruktur ausgebildeten reflektierenden Oberfläche gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichs- weise eine storflankenfreie Fresnelstruktur mit alternierend wechselnden Wirkflanken (3, 4), die jeweils in Bezug zum einfallenden kollimierten Licht wechselnde Winkelneigungen und für einfallendes kollimiertes Licht einmal eine Licht sam- melnde und einmal eine Licht streuende Wirkung aufweisen, ausgebildet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine storflankenfreie Fresnelstruktur in Bezug zur optischen Achse zumindest im radial äußeren Bereich eines reflektierenden Elementes (2) ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die storflankenfreie Fresnelstruktur auf der Rückseite von re- flektierenden Elementen (2) ausgebildet ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere reflektierende Elemente (2) in einer Ebene, ein Array bildend, nebeneinander angeordnet sind.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A des/der reflektierenden Element (e) (2) zur zu beleuchtenden Fläche mindestens dem fünffachen des Durchmessers oder der Flächendiagonale des Querschnitts des kollimierten Lichtes entspricht .
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Neigungswinkel, der alternierend angeordneten Wirkflanken (3, 4) ausgehend von der optischen Achse radial nach außen verändert ist .
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die der stδr- flankenfreien Fresnelstruktur gegenüberliegende Oberfläche des reflektierenden Elementes zumindest bereichsweise konkav und/oder konvex gewölbt is .
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