WO2014125115A1 - Optik für led-lichtquelle - Google Patents

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WO2014125115A1
WO2014125115A1 PCT/EP2014/053086 EP2014053086W WO2014125115A1 WO 2014125115 A1 WO2014125115 A1 WO 2014125115A1 EP 2014053086 W EP2014053086 W EP 2014053086W WO 2014125115 A1 WO2014125115 A1 WO 2014125115A1
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light
lens body
optics
emission
light source
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PCT/EP2014/053086
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English (en)
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Katharina Keller
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Zumtobel Lighting Gmbh
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    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
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    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an optic for influencing the light output of an LED light source comprising e.g. having a truncated cone-like lens body, one of the LED light source facing Lichteinkoppel composition and one of the
  • a special feature of LEDs is that the light output in the different directions of the approximately hemispherical area in which the light is emitted is uneven with respect to the color or color temperature of the emitted light.
  • white light LEDs so- possibly under
  • white light e.g. White light
  • white light with a lower color temperature which is more in the yellowish range, rather laterally emitted.
  • the present invention is therefore based on the object to improve the optical systems of the prior art described above, in particular to avoid such unwanted color shades on the periphery to be illuminated areas.
  • the object is achieved by an optical system for influencing the light output of an LED light source with the features of claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the solution according to the invention is based on the finding that the above-mentioned shades of color on the circumference of an illuminated area are due to the fact that light of different color temperatures over
  • the light emission surface of the optics is subdivided into different emission regions which are shaped such that radiation bundles emitted via these emission regions each have a substantially identical region of a surface arranged in front of the optics and to be illuminated - with a preferably substantially identical illumination intensity distribution - illuminate.
  • Illumination is to be understood here as meaning that no color gradients, color temperature gradients or shades are discernible in the illuminated area, however, the brightness may certainly decrease towards the edge of the area, for example, but now - especially with an identical illumination intensity distribution - all color or Color temperature shares participate in the same way in the brightness course.
  • Proposed light output of an LED light source which is a lens body, one of the LED light source facing light input surface and one of the
  • Lichteinkoppel entering light rays total reflection acts and the Lichtabstrahlf is divided into at least two Abstrahl Schemee, which are shaped such that emitted via the Abstrahl Schemee each beam one essentially identical area of a surface arranged in front of the optics and to be illuminated - preferably with a substantially identical one
  • the lens body can in this case e.g.
  • the different emission regions of the optical system according to the invention can be formed in particular by so-called free-form surfaces. These are surfaces that do not follow a specific, mathematically definable law, but are modeled so that they ultimately lead to the desired light output. If the surface to be illuminated is arranged very far away from the optics, that is to say it is located in the so-called far field, the emission regions are preferably designed such that the emitted radiation bundles each have a substantially identical luminous intensity distribution curve. In contrast, in the case in which the surface to be illuminated is located in the so-called near field of the optics, the light intensity distribution curves are different, but coordinated in such a way that, according to the invention, identical areas are ultimately illuminated.
  • the light incoupling surface is formed by the bottom surface and a peripheral surface of a depression in which the LED light source is to be arranged.
  • FIG. 2 shows luminous intensity distribution curves for the different white light components when using the optics according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the invention of an optical system for influencing the light of a white light LED
  • Luminous intensity distribution curves depending on whether the area to be illuminated is located in the far field or in the near field of the optics.
  • FIG. 1 shows an optical system known from the prior art for influencing the light emission of a white light LED 150. It is an LED light source in which the light-emitting semiconductor chip 151 is surrounded by a color conversion material 152 with phosphors or phosphors contained therein which convert a part of the emitted light into light of other wavelength, so that finally, when viewed in total, mixed light is emitted as mixed light.
  • the known from the prior art optics 100 is formed frustoconical. It can be designed rotationally symmetrical or in the sense of a
  • the LED light source 150 faces a recess 105 in the
  • this optic 100 is accordingly through the peripheral surface 106 and the bottom surface 107 of the recess 105 formed.
  • These 105 recess may be formed differently in terms of the design of these surfaces and a total rotational symmetry or
  • Light beams emitted from the LED light source 150 and entering the lens body 101 are then emitted substantially in the two different ways described below.
  • light rays A enter the lens body 101 via the bottom surface 107 of the recess 105. They are hereby easily broken and accordingly changed in their direction, but then hit on the flat light exit surface 110 without being further influenced.
  • the white light LEDs discussed in detail in the present case now have the property that light of different color or color temperature is emitted to different degrees in the different directions.
  • light of a shorter wavelength that is to say bluish white light
  • bluish white light is emitted directly in such a way that, like the illustrated rays A, it enters the lens body 101 via the bottom surface 107.
  • light of lower energy which is referred to below as yellowish white light, radiates rather, and accordingly represents the light rays B, which over the peripheral surface 106 of the
  • Recess 105 pass into the lens body 101, are first totally reflected and then hit the Lichtaustrittsf ech 110. The course of the rays shown now reveals that the
  • both white light components were influenced differently with bluish white light and yellowish white light and, accordingly, also emitted differently by the optics 100.
  • the slightly different light intensity distribution curves result for the two light components, where I denotes the light intensity distribution curve for the yellowish white light and II the light intensity distribution curve for the bluish white light. It can be seen that the yellowish white light is emitted in a slightly larger angular range, which ultimately results in the aforementioned color shades occurring at the periphery of an illuminated area.
  • the light exit surface 110 of the optics 100 shown in FIG. 1 could also be concave or convex, but nevertheless the unwanted color shades would result.
  • the optical system according to the invention designated by the reference numeral 20, again consists of a lens body 1 which is formed almost identically to the lens body 101 shown in FIG.
  • the lens body 1 of the optical system according to the invention thus also has a recess 5 facing the LED light source 150 with a peripheral or peripheral surface 6 and a bottom surface 7, which may also be arched or curved.
  • the light inlet region facing the light source 150 is connected to the light exit region via a jacket surface 8.
  • the lens body may in turn be rotationally symmetrical or rather polygonal, wherein, alternatively to the illustrated form, the lens body could also be designed as a cylinder or in the form of a paraboloid.
  • the light rays run in the same manner as in the lens body according to Figure 1, as a comparison of both representations shows. Again, therefore, the light rays B are slightly lower energy, which are attributable to the yellowish white light, totally reflected on the lateral surface 8 of the lens body 1 and directed to the light exit surface 10, while the bluish white light the rays A enters via the bottom surface 7 and passes without being reflected to the light exit surface 10.
  • the light exit surface 10 of the optics 20 according to the invention now differs from the prior art in that this surface is subdivided into different emission regions, which are assigned to the respective light components.
  • a central first region 10i is provided, which is assigned to the bluish white light, while on both sides further regions 10 2 and 10 3 are formed, which are assigned to the yellowish white light components.
  • the lateral areas 10 2 and I O3 are symmetrical to each other. If it is assumed that the optical system 20 as a whole is designed to be rotationally symmetrical, then the lateral regions 10 2 and I O 3 form an associated outer region which surrounds the first region 10i in an annular manner.
  • the different emission areas of the light emission surface 10 are the same.
  • each region of the emission surface 10 is thus designed such that the light emitted via it exactly illuminates exactly one area to be illuminated, whereby a substantially identical illumination intensity distribution on the illuminated surface preferably exists for the different radiation bundles.
  • the light beams of the different white light components are exactly superimposed, so that no more shades of color occur in the edge region.
  • a relatively uniformly illuminated area results, which is homogeneously illuminated with white light over its entire area.
  • this does not mean that the brightness in the illuminated area must be the same everywhere. This may well be a - e.g. outwardly sloping course, although preferably all the light components in the same way to this
  • FIGS. 4a to 4c The effect of the optics 20 according to the invention is shown schematically in FIGS. 4a to 4c, wherein in FIG. 4a it is assumed that the surface to be illuminated is located relatively far away from the optics 20 according to the invention, ie in the so-called far field. It can be seen that the radiation beams emitted via the different emission areas 10i to 10 3 are each of identical design, ie - as shown in FIG. 4b - have the same luminous intensity distribution curve I lj2j3 . Accordingly, exactly the same area is illuminated in the far field, wherein due to the large distance, it does not matter that the emission areas 10i to 10 are adjacent to one another.
  • the emission regions are to be designed in such a way that
  • the specially designed emission areas are in particular so-called free-form surfaces which have been optimized in a corresponding manner in order to achieve the desired effect. These must be adapted in view of the shape of the lens body to achieve the desired light output.
  • the optical element according to the invention after appropriate shaping of the
  • Injection molding process can be produced.
  • the inventively configured optics need not necessarily have the LED facing recess. Instead, the LED could also be arranged outside the optics, in which case the eg flat light entry surface can be provided with facets or otherwise structured. It should also be mentioned that the total reflections on the lateral surface of the optical element have an advantageous effect, since in this way the different
  • Light emitting surfaces could be made only minor adjustments within a limited range.
  • This effect of the total reflections can also be used for all different color components or color temperature components by providing the lens body with a recess which is open towards the light emission side.
  • the shape of the lens body is open towards the light emission side.
  • Lens body is then e.g. chosen such that all light rays on the
  • Mantle surface of the lens body directed and totally reflected there. Again, due to the angular dependence in the light output of the LED light source, these light rays strike the light exit surface in different areas, the light beams e.g. the yellowish white light possibly even on the peripheral surface of the Lichtabstrahlseite facing recess a second time be totally ref ected. Also in this case are then different at the light exit surface
  • Abstrahl Clube and formed which are each responsible for the light output of the various beams and in turn are designed such that the emitted from the optics bundles exactly overlap on a surface to be illuminated.

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Abstract

Eine Optik (20) zur Beeinflussung der Lichtabgabe einer LED- Lichtquelle (150) weist einen Linsenkörper (1) auf, der eine der LED-Lichtquelle (150) zugewandte Lichteinkoppelfläche sowie eine der Lichteinkoppelfläche gegenüberliegende Lichtabstrahlfläche (10) aufweist. Eine Mantelfläche (8) des Linsenkörpers (1) wirkt zumindest für einen Teil der über die Lichteinkoppelfläche eintretenden Lichtstrahlen total-reflektierend und die Lichtabstrahlfläche (10) ist in zumindest zwei getrennte Abstrahlbereiche (101, 102, 103) unterteilt, welche derart geformt sind, dass über diese Abstrahlbereiche (101, 102, 103) abgegebene Strahlenbündel jeweils einen im Wesentlichen identischen Bereich einer vor der Optik (20) angeordneten zu beleuchtenden Fläche (200) beleuchten.

Description

Optik für LED-Lichtquelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optik zur Beeinflussung der Lichtabgabe einer LED-Lichtquelle, welche einen z.B. kegelstumpfartigen Linsenkörper aufweist, der eine der LED-Lichtquelle zugewandte Lichteinkoppelfläche sowie eine der
Lichteinkopp elfläche gegenüberliegende Lichtabstrahlfläche aufweist. Optiken der zuvor beschriebenen Art finden bereits vielfach Verwendung und dienen dazu, das von einer LED üblicherweise in einen sehr großen Winkelbereich
abgestrahlte Licht zu bündeln und als im Wesentlichen paralleles Strahlenbündel bzw. mit der gewünschten Winkelverteilung abzugeben. Der Vorteil dieser bekannten Optiken besteht dabei darin, dass sie in der Lage sind, nahezu vollständig das von der LED abgegebene Licht zu nutzen.
Eine besondere Eigenschaft von LEDs besteht darin, dass die Lichtabgabe in die verschiedenen Richtungen des etwa halbkugelartigen Raumbereichs, in den Licht abgegeben wird, hinsichtlich der Farbe bzw. Farbtemperatur des abgegebenen Lichts ungleichmäßig ist. Beim Einsatz sog. Weißlicht-LEDs, die also - ggf. unter
Zuhilfenahme entsprechender Leuchtstoffe - weißes Licht emittieren, wird z.B. weißes Licht, dessen Farbtemperatur eher im blauen Bereich liegt, mittig abgestrahlt, während hingegen Weißlicht mit einer niedrigeren Farbtemperatur, welche eher im gelblichen Bereich liegt, eher seitlich abgegeben wird. Wird mit Hilfe der eingangs beschriebenen Optik Licht einer derartigen Weißlicht-LED auf eine zu beleuchtende Fläche gerichtet, so können am Umfang des beleuchteten Bereichs leichte Abstufungen bzw.
Farbschattierungen wahrgenommen werden, welche im Hinblick auf eine homogene und gleichmäßige Beleuchtung unerwünscht sind. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, die eingangs beschriebenen optischen Systeme des Standes der Technik zu verbessern, insbesondere um derartige unerwünschte Färb Schattierungen am Umfang zu beleuchtender Bereiche zu vermeiden. Die Aufgabe wird durch eine Optik zur Beeinflussung der Lichtabgabe einer LED- Lichtquelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben erwähnten Farbschattierungen am Umfang eines beleuchteten Bereichs dadurch zustande kommen, dass Licht unterschiedlicher Farbtemperaturen über
unterschiedliche Bereiche der Lichtabstrahlfläche der Optik abgegeben wird.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass die Lichtabstrahlfläche der Optik in unterschiedliche Abstrahlbereiche unterteilt wird, welche derart geformt sind, dass über diese Abstrahlbereiche abgegebene Strahlenbündel jeweils einen im Wesentlichen identischen Bereich einer vor der Optik angeordneten und zu beleuchtenden Fläche - mit einer vorzugsweise im Wesentlichen identischen Beleuchtungsstärkeverteilung - beleuchten. Mit anderen Worten, für die Strahlenbündel mit unterschiedlichen
Farbtemperaturen werden jeweils eigene optische Systeme geschaffen, welche allerdings derart aufeinander abgestimmt sind, dass insgesamt immer der gleiche Bereich in gleicher Weise beleuchtet wird. Die Qualität der Lichtabgabe wird hierdurch deutlich erhöht, da auf einer zu beleuchtenden Fläche letztendlich lediglich ein einziger Bereich homogen ausgeleuchtet wird. Unter einer„homogenen
Beleuchtung" ist hierbei zu verstehen, dass in dem beleuchteten Bereich keine Farbverläufe, Farbtemperaturverläufe bzw. Schattierungen erkennbar sind. Die Helligkeit hingegen kann durchaus z.B. zum Rand des Bereichs hin abnehmen, wobei nunmehr allerdings - insbesondere bei einer identischen Beleuchtungsstärkeverteilung - alle Färb- bzw. Farbtemperaturanteile in gleicher Weise an dem Helligkeitsverlauf teilnehmen.
Erfindungsgemäß wird dementsprechend eine Optik zur Beeinflussung der
Lichtabgabe einer LED-Lichtquelle vorgeschlagen, welche einen Linsenkörper, der eine der LED-Lichtquelle zugewandte Lichteinkoppelfläche sowie eine der
Lichteinkopp elfläche gegenüberliegende Lichtabstrahlfläche aufweist, wobei eine Mantelfläche des Linsenkörpers zumindest für einen Teil der über die
Lichteinkoppelfläche eintretenden Lichtstrahlen total-reflektierend wirkt und die Lichtabstrahlf äche in zumindest zwei Abstrahlbereiche unterteilt ist, welche derart geformt sind, dass über die Abstrahlbereiche abgegebene Strahlenbündel jeweils einen im Wesentlichen identischen Bereich einer vor der Optik angeordneten und zu beleuchtenden Fläche - vorzugsweise mit einer im Wesentlichen identischen
Beleuchtungsstärkeverteilung - beleuchten. Der Linsenkörper kann hierbei z.B.
kegelstumpfartig, zylinderartig oder in Form eines Paraboloids ausgebildet sein.
Die verschiedenen Abstrahlbereiche der erfindungsgemäßen Optik können dabei insbesondere durch sog. Freiformfiächen gebildet sein. Es handelt sich hierbei um Flächen, die nicht einer bestimmten, mathematisch definierbaren Gesetzmäßigkeit folgen, sondern derart modelliert sind, dass sie letztendlich zu der gewünschten Lichtabgabe führen. Ist die zu beleuchtende Fläche sehr weit entfernt von der Optik angeordnet, befindet sie sich also im sog. Fernfeld, so sind die Abstrahlbereiche vorzugsweise derart ausgebildet, dass die abgegebenen Strahlenbündel jeweils eine im Wesentlichen identische Lichtstärkeverteilungskurve aufweisen. Für den Fall hingegen, dass sich die zu beleuchtende Fläche im sog. Nahfeld der Optik befindet, sind die Lichtstärkeverteilungskurven unterschiedlich, allerdings derart aufeinander abgestimmt, dass erfindungsgemäß letztendlich identische Bereiche beleuchtet werden.
Wie auch bei den Optiken aus dem Stand der Technik üblich kann vorgesehen sein, dass die Lichteinkoppelfläche durch die Bodenfiäche und eine Umfangsfläche einer Vertiefung, in der die LED-Lichtquelle anzuordnen ist, gebildet ist. Die
erfindungsgemäße Optik unterscheidet sich somit gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen in erster Linie durch eine entsprechende Gestaltung der Lichtaustrittsfiäche. Dies wiederum bedeutet wiederum, dass nach entsprechender Optimierung der Lichtaustrittsfiäche der Optik diese verhältnismäßig einfach hergestellt werden kann und der zusätzliche Aufwand relativ gering gehalten wird. Alternativ zu einer derartigen Vertiefung kann allerdings die Lichtquelle auch außerhalb des Linsenkörpers angeordnet werden, wobei die Lichteintrittsfiäche dann z.B. mit Facetten versehen sein kann. Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 die Ausgestaltung einer Optik entsprechend dem Stand der Technik sowie den sich hierbei ergebenden Verlauf von Lichtstrahlen, die von einer Weißlicht-LED stammen;
Figur 2 Lichtstärkeverteilungskurven für die verschiedenen Weißlicht-Anteile bei Nutzung der Optik gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Optik zur Beeinflussung des Lichts einer Weißlicht-LED und
Figuren 4a bis 4c sich bei der Optik gemäß Figur 3 ergebende Lichtabgaben und
Lichtstärkeverteilungskurven, abhängig davon, ob sich die zu beleuchtende Fläche im Fernfeld oder im Nahfeld der Optik befindet.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem soll nachfolgend nochmals anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden. Figur 1 zeigt hierbei eine aus dem Stand der Technik bekannte Optik zur Beeinflussung der Lichtabgabe einer Weißlicht-LED 150. Es handelt sich um eine LED-Lichtquelle, bei der der lichtemittierende Halbleiterchip 151 von einem Farbkonversionsmaterial 152 mit darin befindlichen Phosphoren bzw. Leuchtstoffen umgeben ist, welche einen Teil des abgegebenen Lichts in Licht anderer Wellenlänge umwandeln, so dass letztendlich insgesamt gesehen als Mischlicht weißes Licht abgegeben wird.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Optik 100 ist kegelstumpfartig ausgebildet. Sie kann rotationssymmetrisch gestaltet sein oder auch im Sinne eines
Pyramidenstumpfs vier - oder ggf. mehr - jeweils um 90° versetzte Seitenflächen aufweisen. Die grundsätzliche Wirkungsweise der Optik ändert sich hierdurch allerdings nicht.
Der LED-Lichtquelle 150 zugewandt ist eine Ausnehmung 105 in dem
kegelstumpfartigen Linsenkörper 101, wobei die LED-Lichtquelle 150 innerhalb dieser Ausnehmung 105 angeordnet ist, um sicherzustellen, dass nahezu alles von der Lichtquelle 150 abgegebene Licht in die Optik 100 eintreten und über diese abgegeben werden kann. Die Lichteintrittsfläche dieser Optik 100 wird dementsprechend durch die Umfangsfläche 106 sowie die Bodenfläche 107 der Ausnehmung 105 gebildet. Auch diese 105 Ausnehmung kann hinsichtlich der Gestaltung dieser Flächen unterschiedlich geformt sein und insgesamt Rotationssymmetrie oder die
Querschnittsform eines Polygons aufweisen.
Von der LED-Lichtquelle 150 abgegebene und in den Linsenkörper 101 eintretende Lichtstrahlen werden dann im Wesentlichen auf die zwei nachfolgend beschriebenen unterschiedlichen Arten abgegeben. Zum einen treten Lichtstrahlen A über die Bodenfläche 107 der Ausnehmung 105 in den Linsenkörper 101 ein. Sie werden hierbei leicht gebrochen und dementsprechend in ihrer Richtung verändert, treffen allerdings dann ohne weiter beeinflusst zu werden auf die ebene Lichtaustrittsfläche 110 auf.
Andere Lichtstrahlen B hingegen, die eher seitlich von der LED-Lichtquelle 150 abgegeben werden, treten über die Umfangsfläche 106 der Ausnehmung 105 in den Linsenkörper 101 ein. Auch sie werden gebrochen, allerdings nicht derart stark umgelenkt, dass sie unmittelbar auf die Lichtaustrittsfläche 110 treffen. Stattdessen treffen sie auf die Mantelfläche 108 des Linsenkörpers 101, die derart geformt ist, dass die Lichtstrahlen B hier - wie dargestellt - total-reflektiert werden. Hierdurch werden sie umgelenkt, so dass sie nunmehr auf die Lichtaustrittsfläche 110 treffen und den Linsenkörper 101 verlassen.
Die im vorliegenden Fall insbesondere besprochenen Weißlicht-LEDs weisen nunmehr die Eigenschaft auf, dass Licht unterschiedlicher Farbe bzw. Farbtemperatur unterschiedlich stark in die verschiedenen Richtungen abgegeben wird. So wird in der Regel Licht einer kürzeren Wellenlänge, also bläuliches Weißlicht direkt abgegeben, derart, dass es wie die dargestellten Strahlen A über die Bodenfläche 107 in den Linsenkörper 101 eintritt. Zur Seite hingegen wird eher Licht niedrigerer Energie, welches nachfolgend als gelbliches Weißlicht bezeichnet wird, abgestrahlt und stellt dementsprechend die Lichtstrahlen B dar, welche über die Umfangsfläche 106 der
Ausnehmung 105 in den Linsenkörper 101 gelangen, zunächst total reflektiert werden und dann auf die Lichtaustrittsf äche 110 treffen. Der Verlauf der dargestellten Strahlen lässt nunmehr erkennen, dass die im
vorliegenden Fall betrachteten beiden Weißlicht- Anteile mit bläulichem Weißlicht und gelblichem Weißlicht unterschiedlich beeinflusst und dementsprechend auch unterschiedlich durch die Optik 100 abgestrahlt werden. Es ergeben sich für die beiden Lichtanteile die leicht unterschiedlichen Lichtstärkeverteilungskurven, wie sie in Figur 2 dargestellt sind, wobei mit I die Lichtstärkeverteilungskurve für das gelbliche Weißlicht und mit II die Lichtstärkeverteilungskurve für das bläuliche Weißlicht bezeichnet ist. Erkennbar ist, dass das gelbliche Weißlicht in einen leicht größeren Winkelbereich abgegeben wird, was letztendlich zur Folge hat, dass am Umfang eines beleuchteten Bereichs die zuvor erwähnten Farbschattierungen auftreten können.
Anzumerken ist, dass die Lichtaustrittsfläche 110 der in Figur 1 dargestellten Optik 100 auch konkav oder konvex ausgebildet sein könnte, sich allerdings trotz allem die unerwünschten Farbschattierungen ergeben würden.
Um diese Problematik beim Stand der Technik zu vermeiden, wird nunmehr eine Optik vorgeschlagen, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Die erfindungsgemäße, mit dem Bezugszeichen 20 versehene Optik besteht wiederum aus einem Linsenkörper 1, der nahezu identisch zu dem in Figur 1 dargestellten Linsenkörper 101 ausgebildet ist. Auch der Linsenkörper 1 der erfindungsgemäßen Optik weist also eine der LED- Lichtquelle 150 zugewandte Ausnehmung 5 mit einer Mantel- bzw. Umfangsfläche 6 sowie einer Bodenfläche 7 auf, welche ggf. auch gewölbt bzw. gekrümmt ausgebildet sein könnten. Der der Lichtquelle 150 zugewandte Lichteintrittsbereich ist über eine Mantelfläche 8 mit dem Lichtaustrittsbereich verbunden. Ferner kann der Linsenkörper wiederum rotationssymmetrisch oder eher polygonal ausgebildet sein, wobei alternativ zu der dargestellten Form der Linsenkörper auch zylinderartig oder in Form eines Paraboloids ausgebildet sein könnte.
Innerhalb des Linsenkörpers 1 verlaufen die Lichtstrahlen in gleicher Weise wie bei dem Linsenkörper gemäß Figur 1, wie ein Vergleich beider Darstellungen zeigt. Auch hier werden also die Lichtstrahlen B mit etwas niedrigerer Energie, die dem gelblichen Weißlicht zuzuordnen sind, an der Mantelfläche 8 des Linsenkörpers 1 total reflektiert und auf die Lichtaustrittsfläche 10 gelenkt, während hingegen das bläuliche Weißlicht der Strahlen A über die Bodenfläche 7 eintritt und ohne reflektiert zu werden zu der Lichtaustrittsfläche 10 gelangt.
Erfindungsgemäß unterscheidet sich allerdings die Lichtaustrittsfläche 10 der erfindungsgemäßen Optik 20 nunmehr gegenüber dem Stand der Technik darin, dass diese Fläche in unterschiedliche Abstrahlbereiche unterteilt ist, welche den jeweiligen Lichtanteilen zugeordnet sind. Im vorliegenden Fall ist also ein zentraler erster Bereich 10i vorgesehen, der dem bläulichen Weißlicht zugeordnet ist, während an beiden Seiten weitere Bereiche 102 und 103 ausgebildet sind, die den gelblichen Weißlicht- Anteilen zugeordnet sind. Anzumerken ist, dass die seitlichen Bereiche 102 und I O3 symmetrisch zueinander ausgebildet sind. Wird davon ausgegangen, dass die Optik 20 insgesamt gesehen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, so bilden die seitlichen Bereiche 102 und I O3 einen zusammengehörenden, den ersten Bereich 10i ringartig umgebenen Aussenbereich.
Die unterschiedlichen Abstrahlbereiche der Lichtabstrahlfläche 10 sind
erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass die über diese Bereiche abgegebenen Strahlenbündel auf einer zu beleuchtenden Fläche jeweils einen identischen Bereich beleuchten. Jeder Bereich der Abstrahlfläche 10 wird also dahingehend ausgelegt, dass das über ihn abgegebene Licht exakt jeweils einen zu beleuchtenden Bereich vollständig ausleuchtet, wobei für die verschiedenen Strahlenbündel vorzugsweise auch eine im Wesentlichen identische Beleuchtungsstärkeverteilung auf der beleuchteten Fläche vorliegt vorliegt. Auf der zu beleuchtenden Fläche werden deshalb die Lichtbündel der unterschiedlichen Weißlicht- Anteile exakt überlagert, so dass im Randbereich keine Farbschattierungen mehr auftreten. Stattdessen ergibt sich ein verhältnismäßig einheitlich beleuchteter Bereich, der über seine gesamte Fläche hinweg homogen mit Weißlicht ausgeleuchtet wird. Wie bereits erwähnt bedeutet dies nicht, dass die Helligkeit in dem beleuchteten Bereich überall gleich groß sein muß. Diese kann durchaus einen - z.B. nach außen hin abfallenden - Verlauf aufweisen, wobei allerdings vorzugsweise alle Lichtanteile in gleicher Weise zu diesem
Helligkeitsverlauf beitragen und dementsprechend auch im Inneren des beleuchteten Bereichs keine Farbverläufe oder Farbtemperaturverläufe erkennbar sind. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Optik 20 ist schematisch in den Figuren 4a bis 4c dargestellt, wobei in Figur 4a davon ausgegangen wird, dass sich die zu beleuchtende Fläche verhältnismäßig weit weg von der erfindungsgemäßen Optik 20, also im sog. Fernfeld befindet. Erkennbar ist, dass die über die verschiedenen Abstrahlbereiche 10i bis 103 abgegebenen Strahlenbündel jeweils identisch ausgebildet sind, also - wie in Figur 4b dargestellt - die gleiche Lichtstärkeverteilungskurve Ilj2j3 aufweisen. Im Fernfeld wird dementsprechend exakt der gleiche Bereich beleuchtet, wobei es aufgrund des großen Abstandes keine Rolle spielt, dass die Abstrahlbereiche 10i bis I O3 nebeneinander liegen.
Für den Fall hingegen, dass sich die zu beleuchtende Fläche 200 im Nahbereich der Optik 20 befindet, sind die Abstrahlbereiche derart zu gestalten, dass sich
unterschiedliche Lichtverteilungskurven ergeben. Diese sind allerdings derart aufeinander abgestimmt, dass die Strahlenbündel wieder exakt im gleichen Bereich auf der zu beleuchtenden Fläche 200 auftreffen, wie dies in Figur 4c schematisch dargestellt ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lichtabstrahlfläche kann also die Qualität der Lichtabgabe deutlich verbessert werden. Bei den speziell gestalteten Abstrahlbereichen handelt es sich dabei insbesondere um sog. Freiformflächen, die in entsprechender Weise optimiert wurden, um den angestrebten Effekt zu erzielen. Diese müssen im Hinblick auf die Gestalt des Linsenkörpers entsprechend angepasst werden, um die gewünschte Lichtabgabe zu erzielen. Da allerdings letztendlich lediglich eine entsprechende Modifikation der Lichtaustrittsfläche erforderlich ist, kann das erfindungsgemäße optische Element nach entsprechender Formgebung der
Lichtaustrittsfläche verhältnismäßig einfach und damit kostengünstig im
Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Die erfindungsgemäß ausgestaltete Optik muss dabei nicht zwingend die der LED zugewandte Ausnehmung aufweisen. Stattdessen könnte die LED auch außerhalb der Optik angeordnet werden, wobei dann die z.B. ebene Lichteintrittsfläche mit Facetten versehen oder anderweitig strukturiert sein kann. Zu erwähnen ist ferner, dass sich die Totalreflexionen an der Mantelfläche des optischen Elements vorteilhaft auswirken, da hierdurch die verschiedenen
Strahlenbündel beim Auftreffen auf die Lichtaustrittsfläche bereits eine
verhältnismäßig ähnliche Verteilung aufweisen. Dies hat zur Folge, dass mit Hilfe der Freiformflächen der Lichtabstrahlbereiche eine größere Freiheit im Hinblick auf die Einstellung der Lichtverteilungskurve besteht. Würde stattdessen auf die
Totalreflexionen verzichtet werden, so würden die Strahlenbündel von Haus aus sehr unterschiedliche Richtungen aufweisen und mit Hilfe der entsprechenden
Lichtabstrahlflächen könnten nur noch geringfügige Anpassungen innerhalb eines begrenzten Bereichs vorgenommen werden.
Dieser Effekt der Totalreflexionen kann dabei auch für alle verschiedenen Farbanteile bzw. Farbtemperaturanteile genutzt werden, indem der Linsenkörper mit einer zur Lichtabstrahlseite hin geöffnete Ausnehmung versehen wird. Die Form des
Linsenkörpers ist dann z.B. derart gewählt, dass sämtliche Lichtstrahlen auf die
Mantelfläche des Linsenkörpers gerichtet und dort total reflektiert werden. Wiederum treffen diese Lichtstrahlen aufgrund der Winkelabhängigkeit bei der Lichtabgabe der LED-Lichtquelle in unterschiedlichen Bereichen auf die Lichtaustrittsf äche, wobei die Lichtstrahlen z.B. des gelblichen Weißlichts ggf. sogar an der Umfangs fläche der der Lichtabstrahlseite zugewandten Ausnehmung ein zweites Mal total-ref ektiert werden. Auch in diesem Fall sind dann an der Lichtaustrittsfläche unterschiedliche
Abstrahlbereiche und gebildet, welche jeweils für die Lichtabgabe der verschiedenen Strahlenbündel verantwortlich sind und wiederum derart ausgestaltet sind, dass sich die von der Optik abgestrahlten Bündel auf einer zu beleuchtenden Fläche exakt überlagern.
Letztendlich können also auf Linsen der vorliegenden Erfindung mit Hilfe
verhältnismäßig einfacher Maßnahmen die Lichtabstrahleigenschaften entsprechender Optiken deutlich verbessert werden.

Claims

Ansprüche
1. Optik (20) zur Beeinflussung der Lichtabgabe einer LED-Lichtquelle (150), aufweisend einen Linsenkörper (1), der eine der LED-Lichtquelle (150) zugewandte Lichteinkoppelfläche sowie eine der Lichteinkoppelfläche gegenüberliegende Lichtabstrahlfläche (10) aufweist,
wobei eine Mantelfläche (8) des Linsenkörpers (1) zumindest für einen Teil der über die Lichteinkoppelfiäche eintretenden Lichtstrahlen total-refiektierend wirkt und die Lichtabstrahlfläche (10) in zumindest zwei getrennte Abstrahlbereiche (10i, 102, 103) unterteilt ist, welche derart geformt sind, dass über diese Abstrahlbereiche (10i, 102, IO3) abgegebene Strahlenbündel jeweils einen im Wesentlichen identischen Bereich einer vor der Optik (20) angeordneten zu beleuchtenden Fläche (200) beleuchten.
2. Optik nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die über die Abstrahlbereiche (10i, 102, 103) abgegebenen Strahlenbündel die zu beleuchtende Fläche (200) mit einer im Wesentlichen identischen
Beleuchtungsstärkeverteilung beleuchten.
3. Optik nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die über die Abstrahlbereiche (10i, 102, IO3) abgegebenen Strahlenbündel jeweils eine im Wesentlichen identische Lichtstärkeverteilungskurve (Ilj2,3) aufweisen.
4. Optik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Linsenkörper (1) kegelstumpfartig, zylinderartig oder in Form eines
Paraboloids ausgebildet ist.
5. Optik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichteinkoppelfiäche des Linsenkörpers (1) durch die Bodenfläche (7) und eine Umfangsfiäche (6) einer Vertiefung (5) gebildet ist.
6. Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichteinkoppelfläche des Linsenkörpers (1) eben bzw. glatt ausgebildet und vorzugsweise mit Facetten versehen ist.
7. Optik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die die Abstrahlbereiche (10i, 102, 103) der Lichtabstrahlfläche (10) bildenden Bereiche durch Freiformflächen gebildet sind.
8. Optik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Linsenkörper (1) im Bereich der Lichtaustritts fläche (10) eine Ausnehmung (9) aufweist.
9. Optik nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass alle über die Lichteinkoppelfläche eintretenden Lichtstrahlen an der Mantelfläche (8) total-refiektiert werden.
10. Anordnung zur Lichtabgabe mit einer LED-Lichtquelle (150), insbesondere einer Weißlicht-LED, sowie einer der Lichtquelle (150) zugeordneten Optik (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016146649A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Zumtobel Lighting Gmbh Optisches element zur beeinflussung der lichtabgabe von leuchtmitteln

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015204665A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Zumtobel Lighting Gmbh Optisches Element zur Beeinflussung der Lichtabgabe von Leuchtmitteln

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050179064A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. LED lamp device
JP2007265964A (ja) * 2006-02-28 2007-10-11 Toshiba Lighting & Technology Corp 照明装置
US20100110695A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Masato Nakamura Lighting lens and lighting device equipped with the same
JP2010170734A (ja) * 2009-01-20 2010-08-05 Panasonic Electric Works Co Ltd Ｌｅｄ照明装置
DE102009017495A1 (de) * 2009-02-11 2010-08-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Beleuchtungseinrichtung
US20110096553A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Endo Lighting Corporation LED light distribution lens, LED lighting module having LED light distribustion lens and lighting equipment having LED lighting module

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201145210Y (zh) * 2008-01-07 2008-11-05 鹤山丽得电子实业有限公司 一种配光透镜
CN102686935B (zh) * 2009-12-21 2014-09-03 马丁专业公司 具有互补中心透镜和外围透镜的集光器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050179064A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. LED lamp device
JP2007265964A (ja) * 2006-02-28 2007-10-11 Toshiba Lighting & Technology Corp 照明装置
US20100110695A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Masato Nakamura Lighting lens and lighting device equipped with the same
JP2010170734A (ja) * 2009-01-20 2010-08-05 Panasonic Electric Works Co Ltd Ｌｅｄ照明装置
DE102009017495A1 (de) * 2009-02-11 2010-08-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Beleuchtungseinrichtung
US20110096553A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Endo Lighting Corporation LED light distribution lens, LED lighting module having LED light distribustion lens and lighting equipment having LED lighting module

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016146649A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Zumtobel Lighting Gmbh Optisches element zur beeinflussung der lichtabgabe von leuchtmitteln

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