WO2013010582A1 - Optical element for colour mixing and optical arrangement for colour mixing - Google Patents

Optical element for colour mixing and optical arrangement for colour mixing Download PDF

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WO2013010582A1
WO2013010582A1 PCT/EP2011/062318 EP2011062318W WO2013010582A1 WO 2013010582 A1 WO2013010582 A1 WO 2013010582A1 EP 2011062318 W EP2011062318 W EP 2011062318W WO 2013010582 A1 WO2013010582 A1 WO 2013010582A1
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light
sloa
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optical
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PCT/EP2011/062318
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Stefan Hadrath
Julius Muschaweck
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Osram Ag
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an optical element for color mixing of different colored light sources, in particular of light-emitting diodes, and an arrangement, in particular a lamp, with such an optical element for color mixing.
  • lamps that contain a variety of bulbs used.
  • LEDs can be used.
  • a plurality of light emitting diodes are arranged in a small space next to one another in a housing of the lamp.
  • a far-field of a lamp attached ⁇ child object or be exploiting Dende in the far field area is illuminated with an almost homogeneous light color, has especially in lamps, comprising a plurality of light emitting diodes are taken to ensure that all light-emitting diodes, in particular those of the same type For example, white, warm white or cold white, are selected from the same brightness and color group.
  • a high logistical effort is required, which is associated with increasing costs.
  • a further possibility to, in a lamp comprising a plurality of white LEDs to achieve a homogeneous color impression in the far field is the white light emit ⁇ animal light emitting diodes some monochromatic light emitting diodes, preferably red, blue and / or green light emitting diodes to mix to to increase the color rendering index.
  • an observer recognizes the differently colored bulbs when viewing the lamp in the near field.
  • an optical element for color mixing in the near field of a lamp comprising differently colored light sources, a homogeneous color impression can be aimed with it ⁇ . Furthermore, an optical arrangement is to be specified for color mixing, wherein a viewer sees when viewing the arrangement itself in color and luminance almost homogeneous, radiating source.
  • An optical element for color mixing comprises a first side surface having first regions and second regions, the first regions of the first side surface being configured to allow light to enter the interior of the optical element, and the second regions of the first side surface to be a diffuse reflection of light, formed from the interior of the optical element impinges on the second regions are formed.
  • the optical element comprises a second, the first side surface opposing side surface, which is adapted to that light depending on an angle at which the light from inside the optical Ele ⁇ ments incident on the second side face is reflected back into the interior of the optical element or from the interior of the optical element emerges.
  • the optical element may be used as a cylinder-shaped flat body, in particular as a cylindrical disk, be oriented forms ⁇ comprising a plane-parallel first and second sides ⁇ surface.
  • the first regions of the first side surface may each have depressions in the form of a conical section.
  • the second sides ⁇ surface is polished at their surface such that a large ⁇ part of the light from the smooth top surface of the second Be ⁇ ten Structure reflected in the interior of the optical element totalreflek ⁇ advantage and then to the second areas of the first side surface again diffusely becomes.
  • An optical arrangement for example a lamp, for the color mixture, comprises an optical element of the above disclosed embodiment and a carrier element on which light sources are arranged.
  • the optical element is aligned with the carrier element in such a way that the light sources are respectively arranged above the depressions of the optical element.
  • the lamp thus has a plurality of light sources, which is preceded by an op ⁇ table element, which is designed as a mixing optics.
  • the optical element may, for example, contain polycarbonate, which mixes the light of the light sources and emits lambertsch into a half-space. The light is mixed well not only in the far field, but also in the near field of the lamp, so that the entire lamp for a viewer appears as a uniformly luminous object. If the lamp has a plurality of light-emitting diodes as a light source, a viewer who looks into the lamp does not see light dots of different colors, but a source which is homogeneous in color and luminance and radiating lambertian.
  • optical element for color mixing and the arrangement for color mixing can be found in the subclaims.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an optical element for color mixing in the near field
  • Figure 2 shows an embodiment of an optical element for
  • FIG. 3 shows a perspective view of an embodiment of the optical element with light sources
  • Figure 4 shows an embodiment of an optical arrangement for
  • FIG. 6A shows a detail from the CIE standard color system
  • Figure 6C color temperature, color space coordinates and illuminance plotted against the diameter of a lamp with an upstream optical element for color mixing.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an optical element 10 for color mixing.
  • the optical element may for example be designed as a plane-parallel plate and a Materi ⁇ al polycarbonate or polymethyl methacrylate or glass keep ⁇ ent.
  • the optical element has a side surface SlOa, one of the side surface SlOa opposite side surface SlOb and arranged between the side surfaces SlOa and SlOb side surface SlOc on.
  • the side surface SlOa has first regions 11. Between or adjacent to the Be ⁇ rich 11, the side surface SlOa areas 12.
  • the regions 11 are formed to allow light to enter the optical element 10.
  • depressions 20 may be arranged, which extend from the side surface SLOA in the interior of the opti ⁇ rule element 10 in the side surface SLOA.
  • the regions 12 of the side surface SlOa are configured to diffuse light incident on the regions 12 from the interior 13 of the optical element diffusely back into the interior of the optical element. Furthermore, the regions 12 are configured to prevent leakage of the light incident on the regions 12 from the interior 13 of the optical element 10.
  • the regions 12 of the side surface SLOA example, diffuse, highly reflective out ⁇ be formed. For this purpose, for example, on the areas 12 of the side surface SlOa a diffuse, highly reflective
  • the layer can be arranged.
  • the layer may have a reflection ⁇ degree of more than 90%.
  • a material containing titanium di oxide ⁇ be disposed on the regions 12 of the side surface SLOA .
  • white color can be applied on the areas 12 of the Be ⁇ th Structure SlOa.
  • the regions 11 of the side surface SLOA and the remaining pages ⁇ surfaces slob and sloc are formed such that when at meetings ⁇ of light rays from the interior 13 of the optical element on the side surfaces slob and sloc under a be ⁇ voted angle, the light totally in the Inside of the optical Elements reflected back.
  • the surface of the side surface SlOa at the regions 11 of the recesses 20 and the surfaces of the side surfaces SlOb and SlOc may be polished.
  • FIG. 2 shows a beam path of light which is coupled into the optical element 10 at the regions 11 of the side surface SLOa.
  • the optical element 10 recesses 20.
  • light sources 50a and 50b are arranged above the regions 11.
  • the light ⁇ sources 50a and 50b emit light lambertian in the recesses 20 of the optical element 10th
  • a light beam generated by the light source 50a and a light beam emitted by the light source 50b are shown in FIG. 2, respectively.
  • the light rays are ⁇ at an interface between the recess 20 and the material of the optical element 10 such Gebro ⁇ Chen, that the light beams are radiated into the interior 13 of the optical element.
  • a part of the light beams for example the beams shown in FIG. 2, are refracted at the interface between the recesses 20 and the optical element 10 in particular such that the light beams strike the side surface SlOb at an angle at which a total reflection at the side surface SlOb ⁇ xion occurs.
  • the light rays are reflected back into the interior 13 of the optical element 10.
  • the diffusely high reflectors ⁇ animal forming portions 12 of the side surface SLOA on.
  • Be ⁇ rich 12 of the side surface SlOa then occurs a dif ⁇ fuse reflection of the totally reflected light rays.
  • the light sources 50a and 50b emit light of different color
  • the light is mixed in the interior of the optical element 10 due to the total reflection on the side surface SlOb and the diffuse reflection on the side surface SlOa such that an observer illuminates when viewing the area 11 optical element receives a homogeneous color impression.
  • the optical element 10 appears as a homogeneous in color and luminance, lambertsch radiating light source.
  • the recesses 20 are formed such that the light coupled into the interior 13 of the optical element at the interface between one of the recesses 20 and the material of the optical element 10 is refracted at an angle at which it strikes the side surface SlOb total reflection occurs.
  • the recesses 20 may be formed, for example, as conical incisions in the body of the optical element 10.
  • the recesses 20 of the conical incisions can protrude from the side surface SlOa at least to half the thickness of the optical element 10 into the material of the optical element.
  • the cone-shaped cut-outs 20 of the side surface can be obtained starting SLOA extend into the material of the optical element 10 to Be ⁇ ten Activities slob or approximately up to the side surface slob.
  • a cone-shaped notch 20 of the cone-shaped ⁇ incision on the side surface SLOA may have a radius ⁇ , so that a lamp can be placed exactly over the recess of the conical notch.
  • the conical incision may, for example, have a radius between 1.5 mm and 3 mm, in particular a radius of 1.7 mm.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the optical element 10 shown in cross-section in FIG.
  • Light sources 50a, 50b and a light source 50c which can be regularly arranged on egg ⁇ ner surface of a board NEN ⁇ nen.
  • the optical element 10 is formed as a cylindrically shaped body with mutually plane-parallel side surfaces SlOa and SlOb.
  • the optical element may comprise a material made of polycarbonate or polymethyl methacrylate, or glass contained ⁇ th.
  • the optical element has a cylindrical shape with a round basic ⁇ or side surface SLOA and round top or side surface on slob.
  • the cylindrical body of the optical element may have a height or a thickness of between 3 mm to 10 mm, preferably of 5.5 mm, and a radius of between 5 mm to 20 mm, preferably of 10.5 mm.
  • the side surfaces SlOb and SlOc can be polished. Likewise, the side surface SlOa may be polished at the regions 11.
  • the base can at the areas 12 with a dif ⁇ fus, highly reflective layer, such as white paint or a material containing the titanium dioxide be beschich ⁇ tet.
  • the light sources 50a, 50b and 50c can be designed as light-emitting diodes. However, any other light source can be used. It should be noted that the embodiment of the optical element is not limited to the use of three light sources, as shown in FIG. Only two or more than three light sources can be used. It is in the optical element 10 in front of each light source to provide a recess 20 in the material of the optical element 10.
  • the light emitting diode 51 is formed as a conversion LED.
  • the other light sources can be constructed 52 and 53 as light-emitting diodes with a color, so that the 52 and 53 emitted by mixture of the light emitting diodes 51, Light inside the optical element results in a color rendering index Ra of more than 90.
  • the above-mentioned color rendering index Ra between 70 and 80 alsspielswei ⁇ se when using a red light-emitting light emitting diode 52 and a blue light emitting light emitting diode 53 by Mixture of the light emitted by the LEDs within the optical element of the color rendering index Ra can be increased to over 90.
  • FIG. 4 shows an optical arrangement 1 for color mixing, for example a lamp comprising an optical element 10 according to one of the above-mentioned embodiments.
  • the optical element 10 thus has, at regions on 11-well 20, which are formed for example as a cone-shaped incision in the mate rial of the optical element ⁇ 10th
  • the optical element is diffused, formed highly reflective, for example by arranged a diffuse, highly reflective layer having a Reflection ⁇ onstex of more than 90% on the surface of 39flä ⁇ che SLOA at the portions 12 is.
  • the soflä ⁇ chen slob and sloc are formed such that Shafts of Light ⁇ len incident from the interior 13 of the optical element on one of the side surfaces slob or sloc, are reflected as a function of the angle of incidence totally inside the op ⁇ tables element 10 back , Likewise, the side surface SlOa is formed on the regions 11 such that light rays which impinge on the regions 11 of the side surfaces SlOa from the interior 13 of the optical element are totally reflected back into the interior of the optical element 10 as a function of the angle of incidence.
  • light sources 50a, 50b which may be formed, for example, as LEDs, ange ⁇ assigns.
  • the light emitting diodes are on a support member 40, the pitch maintained at ⁇ a circuit board.
  • the light sources are fixed to the carrier element 40 such that they are arranged over the regions 11 of the side surface SlOa or over the depressions 20.
  • a Halteele ⁇ ment 60 is provided which is fixed to the support member 40.
  • Can on the holding member 60 fixing elements 90, at ⁇ game as clamps, through which the optical element is held on the holding member 60 10 may be disposed.
  • the optical element 10 is held on the holding element 60 such that a narrow gap 70, for example an air gap, is formed between the holding element 60 and the side surface SlOc of the optical element.
  • the air gap between the holding element 60 and the optical element 10 is provided so that upon the impingement of light from the interior 13 of the optical element at a certain angle to the side surface SlOc a total reflection occurs.
  • the surface 61 of the holding element 60 can for this purpose, for example, a layer containing titanium dioxide, aufwei ⁇ sen.
  • a white color may be applied to the surface 61.
  • the highly reflective layer 80 may comprise egg ⁇ NEN reflection coefficient of more than 90%.
  • the side surface SLOC instead of polished diffusely re ⁇ be inflected.
  • the side surface SLOC instead of polished diffusely re ⁇ be inflected.
  • Figure 5 shows a perspective view of the optical An ⁇ order or the lamp 1.
  • the retaining element is arranged 60th
  • the holding element 60 can be designed as an annular element.
  • the holding ⁇ element may be formed, for example, of a plastic, wherein on the inner circumferential surface 61, the diffuse, highly re ⁇ inflecting layer 80 is arranged.
  • the optical element 10 is fixed to the holding element 60.
  • a lamp shown in FIGS. 4 and 5 can have, for example, an optical element 10 with a height or thickness of 5.5 mm and a radius of 10.5 mm.
  • the recesses 20 may have a depth of approximately 5.5 mm, so that the recesses, starting almost to the side surface Slob réellere ⁇ ting the side surface SLOA.
  • the recesses may be conically shaped with a radius at the base of 1.7 mm.
  • the material for the optical element polycarbonate can be used.
  • As light sources three white LEDs can be used, which are arranged radially in a radius of 10 mm.
  • Figure 6B shows the color space coordinates, and the lighting strength ⁇ the light emitting diodes of the above-mentioned optical element is applied to the diameter of the optical arrangement with a radius of 10.5 mm without the optical element for color mixing.
  • Figure 6C shows the color temperature, the color space coordinates and the luminance of the Leuchtdio ⁇ the above optical arrangement, which have been recorded just behind the optical arrangement applied over the diameter of the optical arrangement with a radius of 10.5 mm, wherein the lamp the above-mentioned optical element 10 is connected upstream for color mixing in the near field.
  • the mixing optics mix colors with an optical efficiency of 60%.
  • the standard deviation for the color coordinates CIE x / y is 0.0043 or 0.0065 and is therefore less than 2%.
  • the optical component 10 for color mixing or an optical arrangement in particular a lamp comprising the optical component 10 for color mixing, a homogenization of the luminance distribution in the near field of the lamp or the optical element can thus be achieved, the lamp only a small overall height on ⁇ points.

Abstract

An optical element for colour mixing comprises a first lateral surface (S10a) having first regions (11), which are configured for the entry of light into the interior (13) of the optical element (10), and having second regions (12), which are configured for diffuse reflection of light that is incident on the second regions (12) from the interior (13) of the optical element. A second lateral surface (S10b), which is situated opposite the first lateral surface, is configured for totally reflecting the light that is incident from the interior of the optical element into the interior (13) of the optical element (10) onto the second regions (12) of the first lateral surface. Owing to the diffuse reflection at the second regions (12) of the first lateral surface (S10a), the light is mixed in a manner such that the optical element appears to an observer as a source effecting Lambertian radiation that is homogeneous in terms of colour and luminance.

Description

Beschreibung description
Optisches Element zur Farbmischung und optische Anordnung zur Farbmischung Optical element for color mixing and optical arrangement for color mixing
Die Erfindung betrifft ein optisches Element zur Farbmischung verschiedenfarbiger Lichtquellen, insbesondere von Leuchtdioden, und eine Anordnung, insbesondere eine Lampe, mit einem solchen optischen Element zur Farbmischung. The invention relates to an optical element for color mixing of different colored light sources, in particular of light-emitting diodes, and an arrangement, in particular a lamp, with such an optical element for color mixing.
Zur Beleuchtung von Objekten werden oftmals Lampen, die eine Vielzahl von Leuchtmitteln enthalten, eingesetzt. Als Leuchtmittel in diesen Lampen können beispielsweise Leuchtdioden verwendet werden. Um die Intensität der Strahlung einer Lampe mit Leuchtdioden zu erhöhen, sind beispielsweise mehrere Leuchtdioden auf engem Raum nebeneinander in einem Gehäuse der Lampe angeordnet. Damit ein im Fernfeld einer Lampe ange¬ ordnetes Objekt oder der sich im Fernfeld befindende Raum mit einer nahezu homogenen Lichtfarbe ausgeleuchtet wird, muss insbesondere bei Lampen, die eine Vielzahl von Leuchtdioden aufweisen, darauf geachtet werden, dass alle Leuchtdioden, insbesondere auch solche desselben Typs, beispielsweise weiß, warm-weiß oder kalt-weiß, aus der gleichen Helligkeits- und Farbgruppe ausgewählt sind. Zur Auswahl von Leuchtdioden aus der gleichen Helligkeits- und Farbgruppe ist jedoch ein hoher logistischer Aufwand erforderlich, der mit zunehmenden Kosten verbunden ist. To illuminate objects are often lamps that contain a variety of bulbs used. As a light source in these lamps, for example, LEDs can be used. In order to increase the intensity of the radiation of a lamp with light emitting diodes, for example, a plurality of light emitting diodes are arranged in a small space next to one another in a housing of the lamp. Thus, a far-field of a lamp attached ¬ child object or be exploiting Dende in the far field area is illuminated with an almost homogeneous light color, has especially in lamps, comprising a plurality of light emitting diodes are taken to ensure that all light-emitting diodes, in particular those of the same type For example, white, warm white or cold white, are selected from the same brightness and color group. For selecting LEDs from the same brightness and color group, however, a high logistical effort is required, which is associated with increasing costs.
Um die Kosten für Lampen mit Leuchtdioden gering zu halten und trotzdem einen homogenen Farbeindruck im Fernfeld der Lampe zu erzielen, kann auf das so genannte "Champen" zurückgegriffen werden. Dabei werden mehrere Leuchtdioden, beispielsweise weiße Leuchtdioden eines Typs, aber unterschied- licher Farbgruppe, so gemischt, dass im Mittel der gewünschte Farbort erreicht wird. Obwohl dadurch im Fernfeld ein nahezu homogener Farbeindruck erzielt werden kann, sieht ein Beob¬ achter beim Betrachten der Lampe selbst jedoch Leuchtdioden, die unterschiedlich weißes Licht emittieren. In order to keep the costs of lamps with LEDs low and still achieve a homogeneous color impression in the far field of the lamp, can be used on the so-called "Champen". Several light-emitting diodes, for example white light-emitting diodes of one type, but different color group, mixed so that on average the desired color location is achieved. Although this is a nearly homogeneous color impression can be achieved in the far field, provides a Obs ¬ eighth when viewing the lamp itself but light emitting diodes that emit white light differently.
Eine weitere Möglichkeit, um bei einer Lampe, die mehrere weiße Leuchtdioden umfasst, einen homogenen Farbeindruck im Fernfeld zu erzielen, besteht darin, den weißes Licht emit¬ tierenden Leuchtdioden einige monochromatische Leuchtdioden, bevorzugt rote, blaue und/oder grüne Leuchtdioden, beizumischen, um den Farbwiedergabeindex zu erhöhen. Dadurch gelingt es beispielsweise, den für weißes Licht typischen Farbwieder¬ gabeindex Ra von 80 auf über 90 zu erhöhen. Jedoch erkennt auch bei dieser Technik ein Beobachter beim Betrachten der Lampe im Nahfeld die verschiedenfarbigen Leuchtmittel. A further possibility to, in a lamp comprising a plurality of white LEDs to achieve a homogeneous color impression in the far field is the white light emit ¬ animal light emitting diodes some monochromatic light emitting diodes, preferably red, blue and / or green light emitting diodes to mix to to increase the color rendering index. This makes it possible, for example, to increase the typical white light color rendering index Ra ¬ from 80 to about 90th However, even with this technique, an observer recognizes the differently colored bulbs when viewing the lamp in the near field.
Es ist wünschenswert, ein optisches Element zur Farbmischung anzugeben, mit dem im Nahfeld einer Lampe, die verschiedenfarbige Leuchtmittel umfasst, ein homogener Farbeindruck er¬ zielt werden kann. Des Weiteren soll eine optische Anordnung zur Farbmischung angegeben werden, wobei ein Betrachter beim Betrachten der Anordnung selbst eine in Farbe und Leuchtdichte nahezu homogen, strahlende Quelle sieht. It is desirable to provide an optical element for color mixing in the near field of a lamp comprising differently colored light sources, a homogeneous color impression can be aimed with it ¬. Furthermore, an optical arrangement is to be specified for color mixing, wherein a viewer sees when viewing the arrangement itself in color and luminance almost homogeneous, radiating source.
Ein optisches Element zur Farbmischung umfasst eine erste Seitenfläche mit ersten Bereichen und zweiten Bereichen, wobei die ersten Bereiche der ersten Seitenfläche zum Eintritt von Licht in das Innere des optischen Elements ausgebildet sind und wobei die zweiten Bereiche der ersten Seitenfläche zu einer diffusen Reflexion von Licht, das aus dem Inneren des optischen Elements auf die zweiten Bereiche auftrifft, ausgebildet sind. Das optische Element umfasst eine zweite, der ersten Seitenfläche gegenüberliegende Seitenfläche, die dazu ausgebildet ist, dass Licht in Abhängigkeit von einem Winkel, mit dem das Licht aus dem Inneren des optischen Ele¬ ments auf die zweite Seitenfläche auftrifft, in das Innere des optischen Elements zurück reflektiert wird oder aus dem Inneren des optischen Elements austritt. An optical element for color mixing comprises a first side surface having first regions and second regions, the first regions of the first side surface being configured to allow light to enter the interior of the optical element, and the second regions of the first side surface to be a diffuse reflection of light, formed from the interior of the optical element impinges on the second regions are formed. The optical element comprises a second, the first side surface opposing side surface, which is adapted to that light depending on an angle at which the light from inside the optical Ele ¬ ments incident on the second side face is reflected back into the interior of the optical element or from the interior of the optical element emerges.
Wenn Licht an den ersten Bereichen der ersten Seitenfläche des optischen Elements in das Innere des optischen Elements eingestrahlt wird, wird ein Großteil des Lichts an der zwei¬ ten Seitenfläche total reflektiert, sodass dieser Lichtanteil in das Innere des optischen Elements zurück reflektiert wird. Das zurück reflektierte Licht wird an den zweiten Bereichen der ersten Seitenfläche diffus reflektiert. Dadurch werden die verschiedenfarbigen Lichtstrahlen innerhalb des optischen Elements derart gemischt, dass ein Betrachter beim Betrachten des von der ersten Seitenfläche beleuchteten optischen Elements einen homogenen Farbeindruck erhält. When light is irradiated to the first regions of the first side surface of the optical element in the interior of the optical element, a majority of the light at the two ¬ th side face is totally reflected, so that this portion of light is reflected back into the interior of the optical element. The reflected back light is diffusely reflected at the second regions of the first side surface. As a result, the differently colored light beams within the optical element are mixed in such a way that a viewer receives a homogeneous color impression when viewing the optical element illuminated by the first side surface.
Das optische Element kann als ein zylinderförmiger flacher Körper, insbesondere als eine zylinderförmige Platte, ausge¬ bildet sein, der eine planparallele erste und zweite Seiten¬ fläche umfasst. Die ersten Bereiche der ersten Seitenfläche können Vertiefungen jeweils in Form eines Kegeleinschnitts aufweisen. Beim Beleuchten der Platte an den ersten Bereichen, wird das Licht an den Kegeleinschnitten seitlich in das Innere des optischen Elements gebrochen. Die zweite Seiten¬ fläche ist an ihrer Oberfläche derart poliert, dass ein Gro߬ teil des Lichts von der glatten Deckfläche der zweiten Sei¬ tenfläche in das Innere des optischen Elements totalreflek¬ tiert und danach an den zweiten Bereichen der ersten Seitenfläche wieder diffus zurück reflektiert wird. Durch die dif¬ fuse Reflexion kann ein Teil des Lichts an der zweiten Sei- tenfläche aus dem optischen Element austreten. Der Rest des Lichts tritt nach mehreren Reflexionen ebenfalls aus der zweiten Seitenfläche aus. Dabei wird das Licht der an den ersten Bereichen der ersten Seitenflächen angeordneten Lichtquellen hinreichend gut durchmischt. The optical element may be used as a cylinder-shaped flat body, in particular as a cylindrical disk, be oriented forms ¬ comprising a plane-parallel first and second sides ¬ surface. The first regions of the first side surface may each have depressions in the form of a conical section. When the plate is illuminated at the first regions, the light at the conical cuts is refracted laterally into the interior of the optical element. The second sides ¬ surface is polished at their surface such that a large ¬ part of the light from the smooth top surface of the second Be ¬ tenfläche reflected in the interior of the optical element totalreflek ¬ advantage and then to the second areas of the first side surface again diffusely becomes. Due to the dif ¬ fuse reflection, a part of the light on the second side surface emerge from the optical element. The remainder of the light also emerges from the second side surface after several reflections. In this case, the light of the light sources arranged on the first regions of the first side surfaces is mixed thoroughly enough.
Eine optische Anordnung, beispielsweise eine Lampe, zur Farb- mischung, umfasst ein optisches Element der oben angegebenen Aus führungs form und ein Trägerelement, auf dem Lichtquellen angeordnet sind. Das optische Element ist derart zu dem Trä- gerelement ausgerichtet, dass die Lichtquellen jeweils über den Vertiefungen des optischen Elements angeordnet sind. An optical arrangement, for example a lamp, for the color mixture, comprises an optical element of the above disclosed embodiment and a carrier element on which light sources are arranged. The optical element is aligned with the carrier element in such a way that the light sources are respectively arranged above the depressions of the optical element.
Die Lampe weist somit mehrere Lichtquellen auf, denen ein op¬ tisches Element, das als eine Mischoptik ausgebildet ist, vorgeschaltet ist. Das optische Element kann beispielsweise Polycarbonat enthalten, welches das Licht der Lichtquellen mischt und lambertsch in einen Halbraum abstrahlt. Dabei wird das Licht nicht nur im Fernfeld, sondern auch im Nahfeld der Lampe sehr gut gemischt, sodass die gesamte Lampe für einen Betrachter als gleichmäßig leuchtendes Objekt erscheint. Wenn die Lampe als Lichtquelle mehrere Leuchtdioden aufweist, sieht ein Betrachter, der in die Lampe hineinschaut, nicht verschiedenfarbige Lichtpunkte, sondern eine in Farbe und Leuchtdichte homogene, lambertsch strahlende Quelle. The lamp thus has a plurality of light sources, which is preceded by an op ¬ table element, which is designed as a mixing optics. The optical element may, for example, contain polycarbonate, which mixes the light of the light sources and emits lambertsch into a half-space. The light is mixed well not only in the far field, but also in the near field of the lamp, so that the entire lamp for a viewer appears as a uniformly luminous object. If the lamp has a plurality of light-emitting diodes as a light source, a viewer who looks into the lamp does not see light dots of different colors, but a source which is homogeneous in color and luminance and radiating lambertian.
Weitere Aus führungs formen des optischen Elements zur Farbmischung sowie der Anordnung zur Farbmischung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the optical element for color mixing and the arrangement for color mixing can be found in the subclaims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Aus führungs form eines optischen Elements zur Farbmischung im Nahfeld, The invention will be explained in more detail below with reference to figures showing exemplary embodiments of the present invention. Show it: FIG. 1 shows an embodiment of an optical element for color mixing in the near field,
Figur 2 eine Aus führungs form eines optischen Elements zur Figure 2 shows an embodiment of an optical element for
Farbmischung mit einem Strahlengang innerhalb des optischen Elements,  Color mixing with a beam path within the optical element,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer Aus führungs form des optischen Elements mit Lichtquellen, FIG. 3 shows a perspective view of an embodiment of the optical element with light sources,
Figur 4 eine Aus führungs form einer optischen Anordnung zur Figure 4 shows an embodiment of an optical arrangement for
Farbmischung,  Color mixing,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht der optischen Anord¬ nung zur Farbmischung, 5 shows a perspective view of the optical Anord ¬ voltage for color mixing,
Figur 6A einen Ausschnitt aus dem CIE-Normfarbsystem, FIG. 6A shows a detail from the CIE standard color system,
Figur 6B Farbraumkoordinaten und Beleuchtungsstärke aufge¬ tragen über dem Durchmesser einer Lampe ohne das optische Element zur Farbmischung, Figure 6B color space coordinates and illuminance set ¬ wear on the diameter of a lamp without the optical element for color mixing,
Figur 6C Farbtemperatur, Farbraumkoordinaten und Beleuchtungsstärke aufgetragen über dem Durchmesser einer Lampe mit einem vorgeschalteten optischen Element zur Farbmischung. Figure 6C color temperature, color space coordinates and illuminance plotted against the diameter of a lamp with an upstream optical element for color mixing.
Figur 1 zeigt eine Aus führungs form eines optischen Elements 10 zur Farbmischung. Das optische Element kann beispielsweise als eine planparallele Platte ausgeführt sein und ein Materi¬ al aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat oder Glas ent¬ halten. Das optische Element weist eine Seitenfläche SlOa, eine der Seitenfläche SlOa gegenüberliegende Seitenfläche SlOb sowie eine zwischen den Seitenflächen SlOa und SlOb angeordnete Seitenfläche SlOc auf. Die Seitenfläche SlOa weist erste Bereiche 11 auf. Zwischen beziehungsweise neben den Be¬ reichen 11 weist die Seitenfläche SlOa Bereiche 12 auf. FIG. 1 shows an embodiment of an optical element 10 for color mixing. The optical element may for example be designed as a plane-parallel plate and a Materi ¬ al polycarbonate or polymethyl methacrylate or glass keep ¬ ent. The optical element has a side surface SlOa, one of the side surface SlOa opposite side surface SlOb and arranged between the side surfaces SlOa and SlOb side surface SlOc on. The side surface SlOa has first regions 11. Between or adjacent to the Be ¬ rich 11, the side surface SlOa areas 12.
Die Bereiche 11 sind zum Eintritt von Licht in das optische Element 10 ausgebildet. An den Bereichen 11 können in der Seitenfläche SlOa Vertiefungen 20 angeordnet sein, die sich ausgehend von der Seitenfläche SlOa in das Innere des opti¬ schen Elements 10 erstrecken. The regions 11 are formed to allow light to enter the optical element 10. At the regions 11 depressions 20 may be arranged, which extend from the side surface SLOA in the interior of the opti ¬ rule element 10 in the side surface SLOA.
Die Bereiche 12 der Seitenfläche SlOa sind dazu ausgebildet, Licht, das aus dem Inneren 13 des optischen Elements auf die Bereiche 12 auftrifft, diffus in das Innere des optischen Elements zurück zu reflektieren. Des Weiteren sind die Bereiche 12 dazu ausgebildet, ein Austreten des Lichts, das aus dem Inneren 13 des optischen Elements 10 auf die Bereiche 12 auftrifft, zu verhindern. Die Bereiche 12 der Seitenfläche SlOa können beispielsweise diffus, hoch reflektierend ausge¬ bildet sein. Dazu kann beispielsweise auf den Bereichen 12 der Seitenfläche SlOa eine diffus, hoch reflektierende The regions 12 of the side surface SlOa are configured to diffuse light incident on the regions 12 from the interior 13 of the optical element diffusely back into the interior of the optical element. Furthermore, the regions 12 are configured to prevent leakage of the light incident on the regions 12 from the interior 13 of the optical element 10. The regions 12 of the side surface SLOA example, diffuse, highly reflective out ¬ be formed. For this purpose, for example, on the areas 12 of the side surface SlOa a diffuse, highly reflective
Schicht angeordnet sein. Die Schicht kann einen Reflexions¬ grad von mehr als 90 % aufweisen. Beispielsweise kann auf den Bereichen 12 der Seitenfläche SlOa ein Material, das Titandi¬ oxid enthält, angeordnet sein. Auf den Bereichen 12 der Sei¬ tenfläche SlOa kann zum Beispiel weiße Farbe aufgebracht sein . Layer can be arranged. The layer may have a reflection ¬ degree of more than 90%. For example, on the regions 12 of the side surface SLOA a material containing titanium di oxide ¬ be disposed. On the areas 12 of the Be ¬ thfläche SlOa, for example, white color can be applied.
Die Bereiche 11 der Seitenfläche SlOa und die übrigen Seiten¬ flächen SlOb und SlOc sind derart ausgebildet, dass beim Auf¬ treffen von Lichtstrahlen aus dem Inneren 13 des optischen Elements auf die Seitenflächen SlOb und SlOc unter einem be¬ stimmten Winkel das Licht total in das Innere des optischen Elements zurück reflektiert wird. Damit eine Totalreflexion der Lichtstrahlen auftritt, können die Oberfläche der Seitenfläche SlOa an den Bereichen 11 der Vertiefungen 20 sowie die Oberflächen der Seitenflächen SlOb und SlOc poliert sein. The regions 11 of the side surface SLOA and the remaining pages ¬ surfaces slob and sloc are formed such that when at meetings ¬ of light rays from the interior 13 of the optical element on the side surfaces slob and sloc under a be ¬ voted angle, the light totally in the Inside of the optical Elements reflected back. In order for total reflection of the light beams to occur, the surface of the side surface SlOa at the regions 11 of the recesses 20 and the surfaces of the side surfaces SlOb and SlOc may be polished.
Figur 2 zeigt einen Strahlengang von Licht, das in das optische Element 10 an den Bereichen 11 der Seitenfläche SlOa eingekoppelt wird. An den Bereichen 11 der Seitenfläche SlOa weist das optische Element 10 Vertiefungen 20 auf. Zum Ein- koppeln von Licht in das optische Element 10 sind über den Bereichen 11 Lichtquellen 50a und 50b angeordnet. Die Licht¬ quellen 50a und 50b emittieren Licht lambertsch in die Vertiefungen 20 des optischen Elements 10. FIG. 2 shows a beam path of light which is coupled into the optical element 10 at the regions 11 of the side surface SLOa. At the regions 11 of the side surface SlOa, the optical element 10 recesses 20. For coupling light into the optical element 10, light sources 50a and 50b are arranged above the regions 11. The light ¬ sources 50a and 50b emit light lambertian in the recesses 20 of the optical element 10th
Beispielhaft sind in Figur 2 jeweils ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 50a erzeugt wird, und ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 50b emittiert wird, gezeigt. Die Licht¬ strahlen werden an einer Grenzfläche zwischen der Vertiefung 20 und dem Material des optischen Elements 10 derart gebro¬ chen, dass die Lichtstrahlen in das Innere 13 des optischen Elements eingestrahlt werden. Ein Teil der Lichtstrahlen, beispielsweise die in Figur 2 gezeigten Strahlen, werden an der Grenzfläche zwischen den Vertiefungen 20 und dem optischen Element 10 insbesondere derart gebrochen, dass die Lichtstrahlen unter einem Winkel auf die Seitenfläche SlOb auftreffen, bei dem an der Seitenfläche SlOb eine Totalrefle¬ xion auftritt. Infolge der Totalreflexion werden die Lichtstrahlen ins Innere 13 des optischen Elements 10 zurück reflektiert . By way of example, a light beam generated by the light source 50a and a light beam emitted by the light source 50b are shown in FIG. 2, respectively. The light rays are ¬ at an interface between the recess 20 and the material of the optical element 10 such Gebro ¬ Chen, that the light beams are radiated into the interior 13 of the optical element. A part of the light beams, for example the beams shown in FIG. 2, are refracted at the interface between the recesses 20 and the optical element 10 in particular such that the light beams strike the side surface SlOb at an angle at which a total reflection at the side surface SlOb ¬ xion occurs. As a result of the total reflection, the light rays are reflected back into the interior 13 of the optical element 10.
Da neben der Seitenfläche SlOb auch die Seitenfläche SlOc ei¬ ne glatt polierte Oberfläche aufweisen können, kann auch beim Auftreffen eines Lichtstrahls aus dem Inneren des optischen Elements auf die Seitenfläche SlOc eine Totalreflexion auf¬ treten. Dadurch werden auch Lichtstrahlen, die nach der Totalreflexion an der Seitenfläche SlOb zunächst in Richtung der Seitenfläche SlOc abgelenkt werden, an der Seitenfläche SlOc nochmals total ins Innere des optischen Elements zurück¬ reflektiert . Since in addition to the side surface of the slob and the side surface may have sloc ei ¬ ne smooth polished surface, can also upon impingement of a light beam from the interior of the optical Elements on the side surface SlOc a total reflection ¬ occur. This will also light beams are first deflected by the total reflection on the side surface Slob in the direction of the side surface sloc reflected on the side surface sloc again totally into the interior of the optical element back ¬.
Aufgrund der Totalreflexion an den Seitenflächen SlOb und SlOc trifft letztendlich ein Großteil des Lichts, das an den Bereichen 11 der Seitenfläche SlOa in das Innere des opti¬ schen Elements eingekoppelt wird, auf die diffus hoch reflek¬ tierenden Bereiche 12 der Seitenfläche SlOa auf. An den Be¬ reichen 12 der Seitenfläche SlOa tritt anschließend eine dif¬ fuse Reflexion der total reflektierten Lichtstrahlen auf. Due to the total reflection on the side faces slob and sloc ultimately meets a large part of which is coupled to the regions 11 of the side surface SLOA in the interior of the opti ¬ rule element of the light, the diffusely high reflectors ¬ animal forming portions 12 of the side surface SLOA on. At Be ¬ rich 12 of the side surface SlOa then occurs a dif ¬ fuse reflection of the totally reflected light rays.
Wenn die Lichtquellen 50a und 50b Licht mit unterschiedlicher Farbe emittieren, wird das Licht aufgrund der Totalreflexion an der Seitenfläche SlOb sowie der diffusen Reflexion an der Seitenfläche SlOa im Inneren des optischen Elements 10 derart gemischt, dass ein Beobachter beim Betrachten des an den Bereichen 11 beleuchteten optischen Elements einen homogenen Farbeindruck erhält. Für den Betrachter erscheint das optische Element 10 als eine in Farbe und Leuchtdichte homogen, lambertsch strahlende Lichtquelle. When the light sources 50a and 50b emit light of different color, the light is mixed in the interior of the optical element 10 due to the total reflection on the side surface SlOb and the diffuse reflection on the side surface SlOa such that an observer illuminates when viewing the area 11 optical element receives a homogeneous color impression. For the viewer, the optical element 10 appears as a homogeneous in color and luminance, lambertsch radiating light source.
Die Vertiefungen 20 sind derart ausgebildet, dass das Licht, das an der Grenzfläche zwischen einer der Vertiefungen 20 und dem Material des optischen Elements 10 in das Innere 13 des optischen Elements eingekoppelt wird, unter einem Winkel gebrochen wird, bei dem beim Auftreffen auf die Seitenfläche SlOb Totalreflexion auftritt. Dazu können die Vertiefungen 20 beispielsweise als kegelförmige Einschnitte in dem Körper des optischen Elements 10 ausgebildet sein. Die Vertiefungen 20 der Kegeleinschnitte können ausgehend von der Seitenfläche SlOa mindestens bis zur Hälfte der Dicke des optischen Elements 10 in das Material des optischen Elements hineinragen. Insbesondere können sich die kegelförmigen Einschnitte 20 von der Seitenfläche SlOa ausgehend bis zur Sei¬ tenfläche SlOb beziehungsweise annähernd bis zur Seitenfläche SlOb in das Material des optischen Elements 10 erstrecken. The recesses 20 are formed such that the light coupled into the interior 13 of the optical element at the interface between one of the recesses 20 and the material of the optical element 10 is refracted at an angle at which it strikes the side surface SlOb total reflection occurs. For this purpose, the recesses 20 may be formed, for example, as conical incisions in the body of the optical element 10. The recesses 20 of the conical incisions can protrude from the side surface SlOa at least to half the thickness of the optical element 10 into the material of the optical element. In particular, the cone-shaped cut-outs 20 of the side surface can be obtained starting SLOA extend into the material of the optical element 10 to Be ¬ tenfläche slob or approximately up to the side surface slob.
Im Falle eines kegelförmigen Einschnitts 20 kann der kegel¬ förmige Einschnitt an der Seitenfläche SlOa einen Radius auf¬ weisen, sodass ein Leuchtmittel passgenau über der Vertiefung des Kegeleinschnitts angeordnet werden kann. Der kegelförmige Einschnitt kann beispielsweise einen Radius zwischen 1,5 mm und 3 mm, insbesondere einen Radius von 1,7 mm, aufweisen. In the case of a cone-shaped notch 20 of the cone-shaped ¬ incision on the side surface SLOA may have a radius ¬, so that a lamp can be placed exactly over the recess of the conical notch. The conical incision may, for example, have a radius between 1.5 mm and 3 mm, in particular a radius of 1.7 mm.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Figur 2 im Querschnitt dargestellten optischen Elements 10 mit den FIG. 3 shows a perspective view of the optical element 10 shown in cross-section in FIG
Lichtquellen 50a, 50b und einer Lichtquelle 50c, die auf ei¬ ner Oberfläche einer Platine regelmäßig angeordnet sein kön¬ nen. Das optische Element 10 ist als ein zylindrisch geformter Körper mit zueinander planparallelen Seitenflächen SlOa und SlOb ausgebildet. Das optische Element kann ein Material aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat oder Glas enthal¬ ten. Bei der in Figur 3 dargestellten Aus führungs form weist das optische Element eine zylindrische Form mit runder Grund¬ bzw. Seitenfläche SlOa und runder Deck- bzw. Seitenfläche SlOb auf. Der zylindrische Körper des optischen Elements kann eine Höhe beziehungsweise eine Dicke zwischen 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 5,5 mm, und einen Radius zwischen 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 10,5 mm, aufweisen. Die Seitenflächen SlOb und SlOc können poliert sein. Ebenso kann die Seitenfläche SlOa an den Bereichen 11 poliert sein. An den Bereichen 12 kann die Grundfläche SlOa mit einer dif¬ fus, hoch reflektierenden Schicht, beispielsweise mit weißer Farbe oder einem Material, das Titandioxid enthält, beschich¬ tet sein. Light sources 50a, 50b and a light source 50c, which can be regularly arranged on egg ¬ ner surface of a board NEN ¬ nen. The optical element 10 is formed as a cylindrically shaped body with mutually plane-parallel side surfaces SlOa and SlOb. The optical element may comprise a material made of polycarbonate or polymethyl methacrylate, or glass contained ¬ th. In the embodiment shown in Figure 3 disclosed embodiment, the optical element has a cylindrical shape with a round basic ¬ or side surface SLOA and round top or side surface on slob. The cylindrical body of the optical element may have a height or a thickness of between 3 mm to 10 mm, preferably of 5.5 mm, and a radius of between 5 mm to 20 mm, preferably of 10.5 mm. The side surfaces SlOb and SlOc can be polished. Likewise, the side surface SlOa may be polished at the regions 11. SLOA the base can at the areas 12 with a dif ¬ fus, highly reflective layer, such as white paint or a material containing the titanium dioxide be beschich ¬ tet.
Bei der in Figur 3 dargestellten Aus führungs form können die Lichtquellen 50a, 50b und 50c als Leuchtdioden ausgebildet sein. Es können jedoch auch beliebig andere Lichtquellen verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsform des optischen Elements nicht auf die Verwendung von drei Lichtquellen, wie in Figur 3 dargestellt ist, beschränkt ist. Es können auch nur zwei oder mehr als drei Lichtquellen verwendet werden. Es ist in dem optischen Element 10 vor jeder Lichtquelle eine Vertiefung 20 im Material des optischen Elements 10 vorzusehen. In the embodiment shown in FIG. 3, the light sources 50a, 50b and 50c can be designed as light-emitting diodes. However, any other light source can be used. It should be noted that the embodiment of the optical element is not limited to the use of three light sources, as shown in FIG. Only two or more than three light sources can be used. It is in the optical element 10 in front of each light source to provide a recess 20 in the material of the optical element 10.
In Figur 3 ist neben der Aus führungs form mit den Leuchtdioden 50a, 50b und 50c eine weitere Aus führungs form mit Leuchtdio¬ den 51, 52 und 53 dargestellt. Bei dieser Aus führungs form ist die Leuchtdiode 51 als eine Konversions-LED ausgebildet. Wenn als Konversions-LED eine weiße Leuchtdiode mit einem Farbwie¬ dergabeindex Ra zwischen 70 und 80 verwendet wird, können die weiteren Lichtquellen 52 und 53 als Leuchtdioden mit einer Farbe ausgebildet sein, sodass sich nach Mischung des von den Leuchtdioden 51, 52 und 53 emittierten Lichts im Inneren des optischen Elements ein Farbwiedergabeindex Ra von mehr als 90 ergibt. Bei Verwendung einer Konversions-LED mit einem niedrigen Farbwiedergabeindex, beispielsweise dem oben genannten Farbwiedergabeindex Ra zwischen 70 und 80, kann beispielswei¬ se bei Verwendung einer rotes Licht emittierenden Leuchtdiode 52 und einer blaues Licht emittierenden Leuchtdiode 53 durch Mischung des von den Leuchtdioden emittierten Lichts innerhalb des optischen Elements der Farbwiedergabeindex Ra auf über 90 erhöht werden. In Figure 3, in addition to the imple mentation form with the LEDs 50a, 50b and 50c, a further imple mentation form with Leuchtdio ¬ the 51, 52 and 53 shown. In this embodiment, the light emitting diode 51 is formed as a conversion LED. When a white light emitting diode with a Farbwie ¬ dergabeindex Ra is used between 70 and 80 as a conversion LED, the other light sources can be constructed 52 and 53 as light-emitting diodes with a color, so that the 52 and 53 emitted by mixture of the light emitting diodes 51, Light inside the optical element results in a color rendering index Ra of more than 90. When using a conversion LED with a low color rendering index, for example, the above-mentioned color rendering index Ra between 70 and 80, beispielswei ¬ se when using a red light-emitting light emitting diode 52 and a blue light emitting light emitting diode 53 by Mixture of the light emitted by the LEDs within the optical element of the color rendering index Ra can be increased to over 90.
Figur 4 zeigt eine optische Anordnung 1 zur Farbmischung, beispielsweise eine Lampe, die ein optisches Element 10 nach einer der oben angegebenen Aus führungs formen umfasst. Das optische Element 10 weist somit an Bereichen 11 Vertiefungen 20 auf, die beispielsweise als kegelförmiger Einschnitt im Mate¬ rial des optischen Elements 10 ausgebildet sind. An den Be¬ reichen 12 der Seitenfläche SlOa ist das optische Element diffus, hoch reflektierend ausgebildet, indem beispielsweise eine diffus, hoch reflektierende Schicht mit einem Reflexi¬ onsfaktor von mehr als 90 % auf der Oberfläche der Seitenflä¬ che SlOa an den Bereichen 12 angeordnet ist. Die Seitenflä¬ chen SlOb und SlOc sind derart ausgebildet, dass Lichtstrah¬ len, die aus dem Inneren 13 des optischen Elements auf eine der Seitenflächen SlOb beziehungsweise SlOc auftreffen, in Abhängigkeit von dem Auftreffwinkel total ins Innere des op¬ tischen Elements 10 zurück reflektiert werden. Ebenso ist die Seitenfläche SlOa an den Bereichen 11 derart ausgebildet, dass Lichtstrahlen, die aus dem Inneren 13 des optischen Elements auf die Bereiche 11 der Seitenflächen SlOa auftreffen, in Abhängigkeit von dem Auftreffwinkel total ins Innere des optischen Elements 10 zurück reflektiert werden. FIG. 4 shows an optical arrangement 1 for color mixing, for example a lamp comprising an optical element 10 according to one of the above-mentioned embodiments. The optical element 10 thus has, at regions on 11-well 20, which are formed for example as a cone-shaped incision in the mate rial of the optical element ¬ 10th To a treatment ¬ range 12 of the side surface SLOA the optical element is diffused, formed highly reflective, for example by arranged a diffuse, highly reflective layer having a Reflection ¬ onsfaktor of more than 90% on the surface of Seitenflä ¬ che SLOA at the portions 12 is. The Seitenflä ¬ chen slob and sloc are formed such that Shafts of Light ¬ len incident from the interior 13 of the optical element on one of the side surfaces slob or sloc, are reflected as a function of the angle of incidence totally inside the op ¬ tables element 10 back , Likewise, the side surface SlOa is formed on the regions 11 such that light rays which impinge on the regions 11 of the side surfaces SlOa from the interior 13 of the optical element are totally reflected back into the interior of the optical element 10 as a function of the angle of incidence.
Über den Vertiefungen 20 sind Lichtquellen 50a, 50b, die beispielsweise als Leuchtdioden ausgebildet sein können, ange¬ ordnet. Die Leuchtdioden sind an einem Trägerelement 40, bei¬ spielsweise einer Platine, gehalten. Die Lichtquellen sind dabei an dem Trägerelement 40 derart fixiert, dass sie über den Bereichen 11 der Seitenfläche SlOa beziehungsweise über den Vertiefungen 20 angeordnet sind. Zur Halterung des opti- sehen Elements 10 an dem Trägerelement 40 ist ein Halteele¬ ment 60 vorgesehen, das an dem Trägerelement 40 fixiert ist. An dem Halteelement 60 können Fixierungselemente 90, bei¬ spielsweise Klammern, durch die das optische Element 10 an dem Halteelement 60 gehalten ist, angeordnet sein. About the wells 20 are light sources 50a, 50b, which may be formed, for example, as LEDs, ange ¬ assigns. The light emitting diodes are on a support member 40, the pitch maintained at ¬ a circuit board. The light sources are fixed to the carrier element 40 such that they are arranged over the regions 11 of the side surface SlOa or over the depressions 20. To hold the opti- see element 10 on the support member 40 is a Halteele ¬ ment 60 is provided which is fixed to the support member 40. Can on the holding member 60 fixing elements 90, at ¬ game as clamps, through which the optical element is held on the holding member 60 10 may be disposed.
Das optische Element 10 ist derart an dem Halteelement 60 gehalten, dass zwischen dem Halteelement 60 und der Seitenfläche SlOc des optischen Elements ein schmaler Spalt 70, beispielsweise ein Luftspalt, ausgebildet wird. Der Luftspalt zwischen dem Halteelement 60 und dem optischen Element 10 ist vorgesehen, damit beim Auftreffen von Licht aus dem Inneren 13 des optischen Elements unter einem bestimmten Winkel auf die Seitenfläche SlOc eine Totalreflexion auftritt. The optical element 10 is held on the holding element 60 such that a narrow gap 70, for example an air gap, is formed between the holding element 60 and the side surface SlOc of the optical element. The air gap between the holding element 60 and the optical element 10 is provided so that upon the impingement of light from the interior 13 of the optical element at a certain angle to the side surface SlOc a total reflection occurs.
Damit auch Lichtstrahlen, die beim Auftreffen auf die polierte Seitenfläche SlOc keine Totalreflexion erfahren und aus dem optischen Element 10 an der Seitenfläche SlOc austreten, wieder in das Innere 13 des optischen Elements 10 zurück reflektiert werden, kann die der Seitenfläche SlOc des opti¬ schen Elements zugewandte Fläche 61 des Halteelements 60 mit einer diffus, hoch reflektierenden Schicht 80 beschichtet sein. Die Fläche 61 des Halteelements 60 kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Schicht, die Titandioxid enthält, aufwei¬ sen. Zum Beispiel kann auf die Fläche 61 eine weiße Farbe aufgebracht sein. Die hoch reflektierende Schicht 80 kann ei¬ nen Reflexionskoeffizienten von mehr als 90 % aufweisen. Hence light rays, which do not undergo total internal reflection upon impinging on the polished side surface sloc and exit from the optical element 10 on the side surface sloc are reflected back into the interior 13 of the optical element 10 back to the side surface sloc of opti ¬ rule element can facing surface 61 of the holding member 60 may be coated with a diffuse, highly reflective layer 80. The surface 61 of the holding element 60 can for this purpose, for example, a layer containing titanium dioxide, aufwei ¬ sen. For example, a white color may be applied to the surface 61. The highly reflective layer 80 may comprise egg ¬ NEN reflection coefficient of more than 90%.
Die Seitenfläche SlOc kann anstatt poliert auch diffus re¬ flektierend sein. Bei einer derartigen Aus führungs form ist der Luftspalt 70 und die diffus, reflektierende Beschichtung 80 auf der Oberfläche 61 des Halteelements 60 nicht mehr not¬ wendig, da alles Licht an der Seitenfläche SlOc diffus re- flektiert wird. Das Halteelement 60 ist dann nur noch zur Halterung des optischen Elements ausgebildet. The side surface SLOC, instead of polished diffusely re ¬ be inflected. In such From the air gap 70 and the diffuse reflective coating 80 on the surface 61 of the retaining element is no longer guide the form 60 not ¬ manoeuvrable when all light on the side surface sloc diffuse re- is inflected. The holding element 60 is then formed only for holding the optical element.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der optischen An¬ ordnung beziehungsweise der Lampe 1. Auf dem Trägerelement 40, die beispielsweise als eine Platine ausgebildet sein kann, ist das Halteelement 60 angeordnet. Das Halteelement 60 kann als ein ringförmiges Element ausgeführt ist. Das Halte¬ element kann beispielsweise aus einem Kunststoff ausgebildet sein, wobei auf der Innenmantelfläche 61 die diffus, hoch re¬ flektierende Schicht 80 angeordnet ist. Das optische Element 10 ist an dem Halteelement 60 fixiert. Figure 5 shows a perspective view of the optical An ¬ order or the lamp 1. On the support member 40, which may for example be designed as a circuit board, the retaining element is arranged 60th The holding element 60 can be designed as an annular element. The holding ¬ element may be formed, for example, of a plastic, wherein on the inner circumferential surface 61, the diffuse, highly re ¬ inflecting layer 80 is arranged. The optical element 10 is fixed to the holding element 60.
Eine in den Figuren 4 und 5 gezeigte Lampe kann beispielswei¬ se ein optisches Element 10 mit einer Höhe beziehungsweise Dicke von 5,5 mm und mit einem Radius von 10,5 mm aufweisen. Die Vertiefungen 20 können eine Tiefe von näherungsweise 5,5 mm aufweisen, sodass sich die Vertiefungen ausgehend von der Seitenfläche SlOa nahezu bis zur Seitenfläche SlOb erstre¬ cken. Die Vertiefungen können kegelförmig mit einem Radius an der Grundfläche von 1,7 mm ausgebildet sein. Als Material für das optische Element kann Polycarbonat verwendet werden. Als Lichtquellen können drei weiße Leuchtdioden verwendet werden, die radial in einem Radius von 10 mm angeordnet sind. Als Lichtquellen werden beispielsweise zwei Leuchtdioden der in Figur 6A gezeigten Gruppe Bin: QK mit CIE x/y = 0,36/0,37 und eine weitere Leuchtdiode der Gruppe Bin: JK mit CIE x/y = 0,40/0,27 verwendet. A lamp shown in FIGS. 4 and 5 can have, for example, an optical element 10 with a height or thickness of 5.5 mm and a radius of 10.5 mm. The recesses 20 may have a depth of approximately 5.5 mm, so that the recesses, starting almost to the side surface Slob erstre ¬ ting the side surface SLOA. The recesses may be conically shaped with a radius at the base of 1.7 mm. As the material for the optical element, polycarbonate can be used. As light sources three white LEDs can be used, which are arranged radially in a radius of 10 mm. As light sources, for example, two light-emitting diodes of the group shown in Figure 6A Bin: QK with CIE x / y = 0.36 / 0.37 and another LED of the group Bin: JK with CIE x / y = 0.40 / 0.27 used.
Figur 6B zeigt die Farbraumkoordinaten und die Beleuchtungs¬ stärke der Leuchtdioden des oben angegebenen optischen Elements aufgetragen über dem Durchmesser der optischen Anordnung mit einem Radius von 10,5 mm ohne das optische Element zur Farbmischung . Figur 6C zeigt die Farbtemperatur, die Farbraumkoordinaten und die Beleuchtungsstärke der Leuchtdio¬ den der oben angegebenen optischen Anordnung, die unmittelbar hinter der optischen Anordnung aufgenommen worden sind, aufgetragen über dem Durchmesser der optischen Anordnung mit einem Radius von 10,5 mm, wobei der Lampe das oben angegebene optische Element 10 zur Farbmischung im Nahfeld vorgeschaltet ist . Figure 6B shows the color space coordinates, and the lighting strength ¬ the light emitting diodes of the above-mentioned optical element is applied to the diameter of the optical arrangement with a radius of 10.5 mm without the optical element for color mixing. Figure 6C shows the color temperature, the color space coordinates and the luminance of the Leuchtdio ¬ the above optical arrangement, which have been recorded just behind the optical arrangement applied over the diameter of the optical arrangement with a radius of 10.5 mm, wherein the lamp the above-mentioned optical element 10 is connected upstream for color mixing in the near field.
Anhand von Figur 6B ist zu erkennen, dass ohne das Vorschal¬ ten des optischen Elements 10 und somit ohne Mischung an denjenigen Stellen der Lampe, an denen die Leuchtdioden angeordnet sind, eine erhöhte Beleuchtungsstärke auftritt. Wie an¬ hand von Figur 6C zu erkennen ist, ist die Mischoptik 10 in der Lage, die Lichtfarben des Lichts, das von den Lichtquel¬ len emittiert wird, bei der oben genannten Konfiguration gut zu mischen, sodass die Farbtemperatur des abgestrahlten It can be seen from FIG. 6B that without the pre- switching of the optical element 10 and thus without mixing at those points of the lamp on which the light-emitting diodes are arranged, an increased illuminance occurs. As can be seen in ¬ hand of Figure 6C, the mixing optics 10 in a position the light colors emitted from the Lichtquel ¬ len of the light to mix well with the above configuration, so that the color temperature of the emitted
Lichts im Bereich zwischen 6000 K und 7000 K und die Beleuchtungsstärke um max . +/- 12% entlang des Durchmessers des op¬ tischen Elements schwankt. Die Mischoptik mischt die Farben mit einer optischen Effizienz von 60 %. Die Standardabweichung für die Farbkoordinaten CIE x/y beträgt 0,0043 beziehungsweise 0,0065 und liegt damit bei unter 2 %. Light in the range between 6000 K and 7000 K and the illuminance by max. +/- 12% varies along the diameter of the optical element ¬ . The mixing optics mix colors with an optical efficiency of 60%. The standard deviation for the color coordinates CIE x / y is 0.0043 or 0.0065 and is therefore less than 2%.
Mit dem optischen Bauelement 10 zur Farbmischung beziehungsweise einer optischen Anordnung 1, insbesondere einer Lampe, die das optische Bauelement 10 zur Farbmischung umfasst, kann somit eine Homogenisierung der Leuchtdichteverteilung im Nahfeld der Lampe beziehungsweise des optischen Elements erzielt werden, wobei die Lampe lediglich eine geringe Bauhöhe auf¬ weist. With the optical component 10 for color mixing or an optical arrangement 1, in particular a lamp comprising the optical component 10 for color mixing, a homogenization of the luminance distribution in the near field of the lamp or the optical element can thus be achieved, the lamp only a small overall height on ¬ points.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optisches Element zur Farbmischung, umfassend 1. An optical element for color mixing, comprising
- eine erste Seitenfläche (SlOa) mit ersten Bereichen (11) und zweiten Bereichen (12),  a first side surface (SlOa) with first regions (11) and second regions (12),
- wobei die ersten Bereiche (11) der ersten Seitenfläche (SlOa) zum Eintritt von Licht in das Innere (13) des opti¬ schen Elements (10) ausgebildet sind, - said first regions (11) of the first side surface (SLOA) for entry of light into the interior (13) of the optical ¬ rule member (10) are formed,
- wobei die zweiten Bereiche (12) der ersten Seitenfläche (SlOa) zu einer diffusen Reflexion von Licht, das aus dem Inneren (13) des optischen Elements auf die zweiten Bereiche - Wherein the second regions (12) of the first side surface (SlOa) to a diffuse reflection of light from the interior (13) of the optical element to the second regions
(12) auftrifft, ausgebildet sind, (12) impinges, are formed,
- eine zweite, der ersten Seitenfläche gegenüberliegende Sei¬ tenfläche (SlOb) , die dazu ausgebildet ist, dass Licht in Ab¬ hängigkeit von einem Winkel, mit dem das Licht aus dem Inne¬ ren (13) des optischen Elements (10) auf die zweite Seitenfläche (SlOb) auftrifft, in das Innere (13) des optischen Elements (10) zurück reflektiert wird oder aus dem Inneren- a second, the first side face opposing Be ¬ tenfläche (slob) which is arranged such that light from ¬ dependence of an angle at which the light from the attachments ¬ ren (13) of the optical element (10) on the second side surface (SlOb), is reflected back into the interior (13) of the optical element (10) or from the inside
(13) des optischen Elements (10) austritt. (13) of the optical element (10) emerges.
2. Optisches Element nach Anspruch 1, 2. An optical element according to claim 1,
- wobei an den ersten Bereiche (11) der ersten Seitenfläche (SlOa) jeweils eine Vertiefung (20) im Material des optischen Elements ausgebildet ist,  - Wherein each of the first regions (11) of the first side surface (SlOa) is formed a recess (20) in the material of the optical element,
- wobei die jeweilige Vertiefung (20) derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil des Lichts, das an der Vertiefung (20) in das Innere (13) des optischen Elements (10) eintritt, an der Grenzfläche zwischen der Vertiefung (20) und dem Material des optischen Elements (10) derart gebrochen wird, dass der Teil des Lichts unter einem Winkel auf die zweite Seiten¬ fläche (SlOb) des optischen Elements (10) auftrifft, unter dem eine Totalreflexion des Teils des Lichts in das Innere (13) des optischen Elements (10) erfolgt. - wherein the respective recess (20) is formed such that at least a portion of the light entering the recess (20) in the interior (13) of the optical element (10), at the interface between the recess (20) and the material of the optical element (10) is broken such that the portion of the light at an angle to the second sides ¬ surface (slob) impinges the optical element (10) at which total reflection of the portion of the light in the interior (13 ) of the optical element (10).
3. Optisches Element nach Anspruch 2, 3. Optical element according to claim 2,
wobei sich die jeweilige Vertiefung (20) von der ersten Seitenfläche (SlOa) ausgehend mindestens bis zur Hälfte der Di¬ cke des optischen Elements (10), vorzugsweise bis zur zweiten Seitenfläche (SlOb) , in das Material des optischen Elements erstreckt . wherein the respective recess (20) extends from the first side surface (SlOa), starting at least to half of the Di ¬ bridge of the optical element (10), preferably to the second side surface (SlOb), in the material of the optical element.
4. Optisches Element nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die jeweilige Vertiefung (20) in dem Material des opti¬ schen Elements (10) kegelförmig ausgebildet ist. 4. Optical element according to one of claims 2 or 3, wherein the respective recess (20) in the material of the opti ¬ 's element (10) is cone-shaped.
5. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweiten Bereiche (12) der erste Seitenfläche (SlOa) mit einer diffus, hoch reflektierenden Schicht (30), vorzugsweise mit einem Reflexionsgrad von mehr als 90 %, beschichtet sind . 5. An optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the second regions (12) of the first side surface (SlOa) are coated with a diffused, highly reflecting layer (30), preferably with a reflectance of more than 90%.
6. Optisches Element nach Anspruch 5, 6. Optical element according to claim 5,
wobei die diffus, hoch reflektierende Schicht (30) Titandi¬ oxid enthält. wherein the diffuse, highly reflective layer (30) titanium di ¬ oxide contains.
7. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das optische Element (10) aus einem Material aus Poly- carbonat, Polymethylmethacrylat oder Glas ausgebildet ist. 7. An optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical element (10) made of a material of polycarbonate, polymethylmethacrylate or glass is formed.
8. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. An optical element according to any one of claims 1 to 7,
- wobei das optische Element (10) als ein Licht transparenter zylinderförmiger Körper mit einer Höhe zwischen 3 mm und 10 mm ausgebildet ist,  - wherein the optical element (10) is formed as a light-transparent cylindrical body having a height between 3 mm and 10 mm,
- wobei die erste und zweite Seitenfläche (SlOa, SlOb) plan¬ parallel zueinander ausgebildet sind. - Wherein the first and second side surface (SlOa, SlOb) plan ¬ formed parallel to each other.
9. Optisches Element nach einem der Ansprüche 2 bis 8, 9. Optical element according to one of claims 2 to 8,
- wobei das optische Element eine dritte Seitenfläche (SlOc) , die zwischen der ersten und zweiten Seitenfläche (SlOa, SlOb) angeordnet ist, aufweist,  - wherein the optical element has a third side surface (SlOc), which is arranged between the first and second side surface (SlOa, SlOb),
- wobei die ersten Bereiche (11) der erste Seitenfläche  - Wherein the first areas (11) of the first side surface
(SlOa) und die zweite Seitenfläche (SlOb) und die dritte Sei¬ tenfläche (SlOc) jeweils eine derart polierte Oberfläche auf¬ weisen, dass der Teil des Lichts an den ersten Bereichen (11) der ersten Seitenfläche (SlOa) und an der zweiten und dritten Seitenfläche (SlOb, SlOc) total reflektiert wird. Each have such a polished surface on ¬ (SLOA) and the second side surface (slob) and the third Be ¬ tenfläche (sloc) that the part of the light at the first regions (11) of the first side surface (SLOA) and at the second and third side surface (SlOb, SlOc) is totally reflected.
10. Optische Anordnung zur Farbmischung, umfassend: 10. An optical arrangement for color mixing, comprising:
- ein optisches Element (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,  an optical element (10) according to one of claims 1 to 9,
- ein Trägerelement (40), auf dem Lichtquellen (50a, 50b, 50c, 51, 52, 53) angeordnet sind,  a support element (40) on which light sources (50a, 50b, 50c, 51, 52, 53) are arranged,
- wobei das optische Element (10) derart zu dem Trägerelement (40) ausgerichtet ist, dass die Lichtquellen (50a, 50b, 50c, 51, 52, 53) jeweils über den Vertiefungen (20) des optischen Elements angeordnet sind.  - wherein the optical element (10) is aligned with the carrier element (40) such that the light sources (50a, 50b, 50c, 51, 52, 53) are respectively arranged above the recesses (20) of the optical element.
11. Optische Anordnung nach Anspruch 10, umfassend: 11. An optical arrangement according to claim 10, comprising:
ein Halteelement (60), an dem das optische Element (10) gehalten ist, wobei das Halteelement (60) an dem Trägerele¬ ment (40) angeordnet ist. a holding element (60), on which the optical element (10) is held, wherein the holding element (60) is arranged on the Trägerele ¬ ment (40).
12. Optische Anordnung nach Anspruch 11, 12. An optical arrangement according to claim 11,
wobei das optische Element (10) zu dem Halteelement (60) der¬ art angeordnet ist, dass zwischen der dritten Seitenflächewherein the optical element (10) to the holding element (60) of the ¬ art is arranged, that between the third side surface
(SlOc) des optischen Elements (10) und einer der dritten Seitenfläche (SlOc) zugewandten Fläche (61) des Haltelements(SlOc) of the optical element (10) and of the third side surface (SlOc) facing surface (61) of the holding element
(60) ein Spalt (70) gebildet ist. (60) a gap (70) is formed.
13. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Halteelement (60) auf der der dritten Seitenfläche (SlOc) zugewandten Fläche (61) eine diffus, hoch reflektie¬ rende Schicht (80), vorzugsweise eine Schicht mit einem Re¬ flexionsgrad von mehr als 90 %, aufweist. 13. Optical arrangement according to one of claims 11 or 12, wherein the retaining element (60) on which the third side surface (sloc) facing surface (61) is a diffuse, highly reflec ¬ Rende layer (80), preferably a layer with a re ¬ flexion degree of more than 90%.
14. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Lichtquellen jeweils als eine Leuchtdiode (50a, 50b, 50c, 51, 52, 53) ausgebildet sind. 14. An optical arrangement according to any one of claims 10 to 13, wherein the light sources are each formed as a light emitting diode (50a, 50b, 50c, 51, 52, 53).
15. Optische Anordnung nach Anspruch 14, 15. An optical arrangement according to claim 14,
wobei mindestens eine der Leuchtdioden (51, 52, 53) als eine Konversions-Leuchtdiode (51) ausgebildet ist und mindestens eine andere der Leuchtdioden (52, 53) derart ausgebildet ist, dass der Farbwiedergabeindex des nach der Mischung des Lichts der Konversions-Leuchtdiode und der mindestens einen anderen Leuchtdiode (52, 53) im Inneren (13) des optischen Elements aus der ersten Seitenfläche (SlOa) des optischen Elements austretenden Lichts größer als 90 ist. wherein at least one of the light emitting diodes (51, 52, 53) is formed as a conversion light emitting diode (51) and at least one other of the light emitting diodes (52, 53) is formed such that the color rendering index of the after the mixing of the light of the conversion light emitting diode and the at least one other light-emitting diode (52, 53) in the interior (13) of the optical element emerging from the first side surface (SlOa) of the optical element is greater than 90.
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