WO2014146998A1 - Optische vorrichtung zur lichtmischung - Google Patents

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WO2014146998A1 PCT/EP2014/055236 EP2014055236W WO2014146998A1 WO 2014146998 A1 WO2014146998 A1 WO 2014146998A1 EP 2014055236 W EP2014055236 W EP 2014055236W WO 2014146998 A1 WO2014146998 A1 WO 2014146998A1
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light
exit
entrance
optical device
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Simon Schwalenberg
Tobias Schmidt
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Osram GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a device for mixing of light, a method for their preparation and uses of the light mixing device.
  • uniform illumination such as to the Intensi ⁇ tuschsverlaufs or the spectral distribution of interests se be.
  • the light source downstream of a transmissive veneering with Streumit ⁇ stuffs provide, for example embedded scattering particles.
  • the diffuse scattering can firstly given Leis ⁇ tung already reduced principally due to absorption effects and secondly create a "virtual light source" with an unfavorable angle distribution, the radiation may be about approximately lambertian, so for example, collimated light is widened before.
  • the following invention is based on the technical problem of providing a device which is advantageous over the prior art for the mixing of light. Presentation of the invention
  • this object solves a device for mixing and also deflection of light with a plurality of lenses, each a light-breaking Have face and a transmission body and have a focal length f and are arranged side by side in such a way that the light-refracting surfaces are flat next to each other;
  • the optical device is adapted to reflect breaking through the sheets of light entering light such that the light exits after reflection again breaking through the light surfaces, the greater between the occurrence and the off ⁇ contact distance light path length than the 0 , 5 times and smaller than 1.8 times the effective focal length f ⁇ from the respective lens ( "exit lens") breaking through the surface of light exiting the light ( "off ⁇ passage area").
  • the light path is in this order increasingly preferably greater than the 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 and 0.9 times effective focal length f from the exit lens and (independently thereof) therein Sequence increasingly preferred smaller than the 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2 or 1.1 times effective focal length f from the exit lens se ; Particularly preferably, the light path is equal to the effective focal length f from the exit lens, that is, the entrance surface is arranged in the focal point.
  • the terms "focal length” and "focal point” refer because ⁇ at generally not necessarily on a parallel to the lens optical axis incident beam son ⁇ countries on a respective pair of lenses penetrating radiation beam.
  • the "light path” is viewed along a focus of the unit ⁇ beam passing through from the entrance and exit lens light (a focus of the beam is weighted by averaging according to the power Rays of a beam formed); the example ⁇ of rays at the edge of the respective beam (the entrance and exit lens interspersed)shirege ⁇ laid distance deviates from the light path.
  • the "effective focal length" of the exit lens results from the focal length f of the respective lens (determined by the curvature of the light-refracting surface and the material of the transmission body) and the imaging properties of the reflection, for instance in the case of a curved reflection surface the ef ⁇ fective focal distance thus determined by the focal length of the A ⁇ baums- or exit lens and the focal length of the Refle ⁇ xions construction. It is not the "global" shape of the reflecting surface significantly, but its curvature in the region in which the light of each Consider ⁇ th pair of lenses is reflected (yes, there are a plurality of lens pairs provided).
  • the exit lens may the entrance lens into a (the exit lens nach- stored) far field, wherein from administratli ⁇ chen directions on the entrance lens falling light of the exit lens downstream superimposed (at a certain distance da ⁇ ) superimposed and mixed in this sense;
  • a pair of inlet and off ⁇ takes lens superimposed from different directions incident light that can be emitted from different regions of a light source.
  • LEDs light-emitting diodes
  • the light emitted by each individual LED falls on the entrance lens at a different angle in each case; thereby determining which related to a viewing direction on the light source along the optical axis "on edge" of the light source that are available LEDs (generally speaking: light source areas) the Winkelvertei ⁇ development of the incident light, so the rigoroussöff ⁇ opening angle.
  • the light originating from each LED light is widened by the exit lens while, however ent ⁇ speaks the angular distribution of the exit lens nachgela ⁇ Gert (the outlet opening angle), at least near ⁇ approximately the inlet opening angle, due to the superposition of the originate from different LEDs Menden light (this is generallysver Per ⁇ Lich for each light source and "LED” should be read as far as the light source region).
  • the edge beams in place to edge beams at an angle, but remain marginal rays ( "Randstrahlentheorem").
  • a functional pair of lenses (from the entrance and from ⁇ occurs lens) can be also as a described by the light from ⁇ spread "functional" coupled pair of lenses; th in this order with increasing preference at least 60% TRE from entering through the entrance lens light 70% , 80% and 90%, respectively, through the exit lens, thus coupling to the exit surface
  • a total of lenses are provided in the optical device, for example more than 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 or . 500 lenses; of the plurality of lenses are in this order with increasing preference at least 60%, 70%, 80% and 90% of the lens part of a func tional ⁇ lens pair (hereinafter for simplicity only "lens pair").
  • the light is not only guided through the multiplicity of functional lens pairs, but is also reflected in front of the exit, for example on a reflection surface.
  • this reflection can take place without changing the bundling of the entire light (which is not considered only for one pair of lenses), that is to say, for example, a reflection surface which is planar in global terms can be provided;
  • the optical axes of the lenses "op- In this case, light falling substantially parallel to the optical axis through the entrance lens can again pass through the same lens after reflection emerge, entrance and exit lens are therefore the same lens.
  • the optical axis of the optical device is referred to as a "reflection surface optical axis", and the term refers to an optical axis defined by the reflection as a whole (in global observation)
  • the reflection surface optical axis may be the centroid ray of the entire light reflected from the reflection surface preferably falls these at the very least in a sectional plane taken together with a Sym ⁇ metrieachse the reflecting surface.
  • Global consideration of the reflecting surface means a by averaging (as a kind of moving average) over a plurality of local reflection areas that are each associated with a pair of lenses, resulting course, the local reflection regions need not necessarily constantly be generally (too ⁇ sammen adoptde reflection surface However, they are preferably, and more preferably, the local reflection regions have the same shape as the reflection surface, ie are spherical, for example.
  • An advantage of a lens system according to the invention with egg ⁇ nander assigned entrance and exit lenses and an intermediate reflection can already exist in the compact design; simplified can speak a corresponding device due to the use of the entrance lenses as at the same time exit lenses are made thinner with respect to the thickness taken in the direction of the optical lens axis (the thickness can be roughly halved). As in the case of a one-piece, so monolithic lens system this material and Ge ⁇ weight can help save.
  • a mirror or mirror system may also be necessary for guiding the light; with an inventive light mixing device mixing of light and reflection can also be done, what the depth of integration and the number of parts can wrestlers ver ⁇ .
  • an inventive light mixing device mixing of light and reflection can also be done, what the depth of integration and the number of parts can wrestlers ver ⁇ .
  • the increased depth of integration can thus simplify, for example, design and installation of the optical system.
  • the "propagation of light” could be modeled, for example, with ei ⁇ ner variety rays; in so ⁇ far can "light” on a beam with be ⁇ plannedem cross section and opening angle to be read
  • the reference to the propagation of light is not to imply that actually has to be such a spread for the fulfillment of the object also;.
  • the inventive device is to be designed for a entspre ⁇ -reaching spread.
  • the light path is greater than 0.5 times, in this order increasingly preferably greater than the 0.6, 0.7, 0.8 and 0.9 times, effective focal length f e i n the entrance lens; independently of this lower limit, the light path in this order is increasingly preferably smaller than the 1,8-, 1,7-, 1,6-, 1,5-, 1,4-, 1,3-, 1,2- resp . 1.1 times effec tive ⁇ focal length f e i n the entrance lens.
  • the light path corresponds to the effective focal length f e i n / in other words the exit surface is arranged at the focal point of the entrance lens.
  • the rela ⁇ hung between the light path length and the focal length f e i n the entrance lens is also seen regardless of the mentioned in the main claim relationship between the light path length and focal length f from the exit lens as the invention, and is also disclosed in this form (preferably, however, the relationship with respect to f n e i and f from about ⁇ equal met).
  • the light may also enter through a lens and exit after reflection through the same lens. So be the same lens, for the ⁇ same beam. Regardless of this, even if the entrance and exit lenses are not the same lens, the entrance lens can also be the exit lens for light incident through another entrance lens (and vice versa), that is, for another beam.
  • the entrance and the exit lens are not the same lens, entrance and exit lens so not only conceptual, but also physically different from each other ("two separate lenses" ).
  • the radiation beam passing through such a lens pair of separate lenses upstream of the entrance surface of the entrance lens has a different angle to the optical reflection surface axis than the exit surface of the exit lens; in other words, the light is not only deflected by the reflection (as in the case of a plane reflection surface), but changes the reflection (globally) the bundling of light.
  • Collimation generally means at least a reduction in the opening angle, which may be due to the collimation of the lens reflector downstream, for example, reduced by at least 25%, 50% or 75% or (about in the case of a light source with Lambertian radiation characteristic) may be less than 60 °, 40 ° or 20 °.
  • the lens reflector can be used not only for collimation, but could be with a seen from the side of the entering / exiting light (as in the case of collimation) concave reflection surface also a focusing of a substantially collimated beam errei ⁇ chen (the direction the light is reversible); generally must also not necessarily a concave Ref ⁇ lexions Construction be provided, but could also be provided with a concave reflecting surface (the manner of a diverging lens) a radiation beam to be widened (at the same time and mixed by ⁇ ). Nevertheless, a lens reflector with concave reflection surface seen from the light source is preferred, which is used for collimation (and, due to the pairs of lenses), at the same time mixing of the light.
  • Functional lens pairs in which the entrance and exit lens are identical, and functional lens pairs in which the entrance and exit lenssectionfal ⁇ len, may also be provided jointly in a lens reflector; the former can be used as in the case of a konka ⁇ ven lens reflector for near the axis of light, so propagating itself in collimating use properties with minimal tilt angle to the optical reflection surface axis beam.
  • Tilt angle would have a lens so that it can be both entrance and exit lens, have an increasingly large acceptance angle, which is at least technical Effort means; Therefore, two separate lenses are provided in a preferred embodiment each functional pair of lenses for large tilt angle of at ⁇ play, more than 10 °, 20 ° or 30 °.
  • the light-refracting surfaces of the entrance and exit lens are arranged next to one another directly ⁇ ne, so next adjacent; Preferably ⁇ limit the light-refracting surfaces together, so there is, for example, no intermediate area, so for example, no lens enclosure.
  • At least 30%, 40%, 50%, 60%, and 70% of the functional lens pairs may be such nearest adjacent lenses;
  • next-adjacent lens pairs are also referred to as lens pairs "1.
  • functional lens pairs of the second or higher order can join with increasing tilt angle to the optical reflection surface axis on functional lens pairs of the first order, for example at tilt angles of more than 75 °, 80 ° or 85 °.
  • functional lens pairs 2nd order entry and exit lens are not adjacent to the next, but is a further lens as ⁇ between whose light refracting surface in the ideal case (ie, for example by scattering or other "dirty" effects apart) not with which they enclosing functional Lens pair interacts (in local view); global the beams can exit surfaces nachgela ⁇ siege overlap, of course.
  • the lenses can be provided with increasing tilt angle to the optical reflection surface axis with decreasing transmission body thickness and / or increasing aperture.
  • the transmission body thickness is taken in each case in the direction of the optical lens axis of the respective lens; the aperture concerns the free cross section through which the light can pass.
  • the aperture With increasing distance of the lenses to the optical surface reflection axis, ie with increasing tilt angle, so on the one hand take the aperture to ⁇ ; since the effective area, which "sees" a lens from a light source, decreases with increasing tilt angle, the amount of light per entrance lens can thus be kept approximately the same for example in ⁇ .
  • the aperture of the lenses need not increase continuously (likewise, the trans ⁇ mission body thickness does not decrease continuously), but can, for example over an angular range of at least 10 °, 20 °, 30 °, 40 ° or 50 ° increase (the Transmis ⁇ body thickness can decrease), preferably in a range of maximum tilt angle, ie at the edge of the lens reflector.
  • the light-refracting surfaces are at least partially not parallel to the reflection surface (tangents to the reflection surface at the intersection with the optical lens axes); otherwise it is a parallel one Course of the light-refracting surfaces to the reflection ⁇ surface preferred.
  • a preferably provided for reflecting reflection ⁇ surfactant is particularly preferably a reflecting surface, for example, an interference surface, or a mirror-coated by means of a metal film surface.
  • the light can of course also be reflected by total reflection to the exit lens; it may downstream be inclined, for example, the entrance surface opposite side of the transmission body opposite the Ausbrei ⁇ power direction of the light entry surface such that the total reflection condition is satisfied (with a plurality of the total reflection condition satisfying surfaces, the light can also be performed "a curve"). Nevertheless, a mirror image is preferred.
  • the reflection surface in general, for example, also have an aspherical shape;
  • the reflection surface has, at least in sections, a spherical, conical, elliptical, hyperbolic and / or parabolic shape (ie it can also be composed of several of these shapes).
  • the reflection surface has exactly one of the forms mentioned, namely in a surface area of in this order increasingly preferably at least 70%, 80%, 90% or 95%.
  • this may for example have a spherical, elliptical or polygonal shape, et wa also a rectangular or hexagonal shape.
  • a non-rotationally symmetrical, designed as a free-form surface Ref ⁇ lexions Construction could in particular so-called "off-axis" applications of interest, so in case of an oblique illumination.
  • a further optical component can be provided between the light source and the lens reflector, for example a so-called primary optic (a lens or a lens system).
  • the reflection surface as already mentioned above, can not be continuous from patches to ⁇ sammenstand; preferably it is steady. If faceting is provided, the single facet may be aspherical or spherical, conical, elliptical, hyperbolic parabolic and / or planar.
  • the reflection surface is formed on the transmission body ⁇ of the respective lens, at the light-refracting surface opposite side.
  • the light thus does not occur on the opposite of the entrance / exit surface side (and is only reflected to reenter the TRANSMISSI ⁇ ons redesign), but remains to exit through the exit surface in the transmission body or is (before discharge) directly into an adjacent transmission body of an adjacent lens.
  • the transmission bodies of the plurality of lenses are monolithic, so there are no material boundaries between the transmission bodies.
  • the monolithic transmission body can be made, for example, from a bulk material by removing Material be worked out, for example by grinding.
  • the monolithic transmission body is produced in a molding process, ie, a heated material or a starting material is supplied to a cavity corresponding to the shape of the monolithic transmission body, and releases the cavity after being hardened / hardened, the monolithic transmission body; the monolithic TRANSMISSI ⁇ ons stresses can thus for example be injection molded.
  • the reflection surface is also formed on the side which opposes the light-refracting surfaces-even in the case of the monolithic transmission body-and particularly preferably as a continuous reflection surface and / or by mirroring, for example with a metal coating.
  • the light thus enters through the entry surfaces, passes through the monolithic transmission body to the reflection surface and, after reflection, away from the reflection surface, and finally exits through the exit surfaces; the lens reflector is in so far (between inlet and outlet) has a closed opti ⁇ ULTRASONIC system.
  • the transmission body can be made from a silicone material for example, (based on the optical lens axis at least ab Songswei ⁇ s), preferably upstream integrally;
  • the silicone material can be arranged ent ⁇ neither directly on the reflecting surface or preferential ⁇ , on a vitreous then, which is the back mirror.
  • the transmission body of a lens is then composed of a silicone and a glass section (silicone adheres well to glass).
  • An advantage of this embodiment may be that the surface structuring of the silicone material which is comparatively soft can be simpler, ie it is possible to structure entry and exit surfaces substantially without abutting edges.
  • a lens viewed in the direction of its optical lens axis may also have an aspherical shape.
  • a spherical, elliptical or poly ⁇ gonische form namely of the transmission body and / or the light refracting surface of the lens;
  • a transmissive body with a hexagonal basic shape can also be provided with a spherical light-refracting surface.
  • the transmission body and the light-refracting surface have the same shape.
  • the light refracting surface of a lens in an optical lens ⁇ axis-containing section plane has a spherical, polygonal or ellip ⁇ diagram form.
  • the lens reflector in this order, more preferably at least 25%, 50% or 75% of the lenses have the same basic shape (average of transmission body and / or light-refracting surface or light-refracting surface).
  • the lens may be provided, for example, glass or egg ⁇ nem silicone material; preferred are plastic materials such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) or cyclo-olefin copolymers (COC).
  • the lenses may also be arranged irregularly; preferred is a regular arrangement, for example, a symmetrical or helical An ⁇ order.
  • the lenses may thus be provided mirror-symmetrically with respect to the optical reflection surface axis, for example in a sectional plane containing the optical reflection surface axis, and be arranged translationally symmetrical or rotationally symmetrical with respect to the optical reflection surface axis perpendicular to this section plane.
  • the invention also relates to a lighting device with a lens reflector and a light source; the light source is so angeord ⁇ net to the plurality of lenses that the light emitted by it passes through the Linsenreflek ⁇ tor in a manner previously described. All information tor taken under this revelation for the Linsenreflek- have to read on a lighting ⁇ device comprising a light source, such as ei ⁇ nem LED array.
  • the invention relates to the use of a lens reflector according to the invention with a light source and the arrangement of the two relative to each other such measured that the light propagation takes place in a manner described above.
  • the invention is also directed to a method for producing a lens reflector according to the invention.
  • a light source is provided, usually ei ⁇ ne of the later application corresponding virtual light ⁇ source; a global reflection surface is selected in Depending ⁇ speed of the desired global light shaping, for example a (in respect to the light source) konka- ve reflective surface for collimating the light.
  • the light source is then positioned relative to the reflection surface, for example arranged in its focal plane and / or on the optical reflection surface axis;
  • the reflection surface for example arranged in its focal plane and / or on the optical reflection surface axis;
  • no three-dimensional modeling is required, but (at first) a two-dimensional model can be created.
  • an entrance lens with a (light-refracting) entrance surface is provided and the reflection surface and the lens are arranged relative to each other. Then one of the (virtual) light source through the entry face to the reflection surface incident rays ⁇ bundle is determined.
  • the whole of the light source toward the entrance surface is taken into account to say, to be so in the case of a stretched light source off (also) takes into account the output of edge regions of the light source beam; it Müs ⁇ sen then theoretically not even intervening beams are modeled, because the modeling of the edge beams ensure their consideration (fringe Ray theorem). For example, this can help reduce the amount of computation required.
  • an exit lens with a surface exit ⁇ provided, and thus disposed on the surface Reflexionsflä- that ideally the whole through the entry face incident beam, the exit surface ⁇ interspersed.
  • the exit surface is arranged such that the light path length is greater than 0.5 times and less than 1.8 times the effective focal length f e i n entrance lens (disclosed above preferred intervals are also disclosed in this connection, be);
  • the exit surface is particularly preferably arranged in the focal point of the entry lens.
  • the focal length f is adjusted from the exit lens in such a way that the light path between inlet and outlet ⁇ surface area is greater than 0.5 times and less than 1.8 times the effective focal length f from the exit lens; also in this context the above as preferred disclosed intervals of ⁇ should be fenbart.
  • the focal length f is set from the exit lens by adjusting the radius of curvature of the exit surface.
  • a tilting of the exit surface, that is the orientation of a normal to the reference point (the intersection between the main beam and the exit surface) is ⁇ play aligned with the a collimating lens reflector construction is that the beam of the outlet surface downstream of an optical-reflectance Ons vomachse has substantially parallel Hauptausbrei ⁇ tion direction.
  • the entrance and the exit surfaces can also be identical (ie, the entrance lens can also be exit lens at the same time); in a preferred embodiment provides a variety of the entrance lens exit lens, the exit area available to the ih ⁇ hand, at the same time entrance face of the next functiona ⁇ len lens pair is therefore (in the above loading signed construction method entry and exit lens on two adjacent, preferably ssenbe ⁇ neighboring To read lenses). In other words, therefore, lenses are positioned next to one another in the manner just described.
  • a through a (second) ⁇ A tread surface which preferably corresponds to the (first) Austrittsflä ⁇ che, falling (second) beam is ermit ⁇ telt after the construction of a first functional lens pair; a third lens providing a second exit surface is then adjusted in the manner previously described.
  • the process may be continued up to an nth lens, for example, to the edge of the reflective surface.
  • the invention also relates to the use of inventions to the invention lens reflector to illuminate a country ⁇ vehicle, especially a motor vehicle, insbesonde ⁇ re a passenger car;
  • a use in the field of outdoor lighting is preferred, such as for high beam, low beam and / or daytime running lights or in the tail lights and / or brake lights.
  • Another one Preferred field of application relates to the lighting in the field of medical technology, in particular the surgical ⁇ field lighting.
  • Fig. 1 shows a lighting arrangement with a flat
  • FIG. 2 shows a detailed representation of a functional lens pair
  • Fig. 4 shows the adjustment of the focal length of the exit lens in the construction of a functional lens pair
  • Fig. 5 a lens reflector according to the invention in a
  • Fig. 1 shows a lens reflector 1 with a plurality of lenses 2, which interact in pairs as a pair of functional lenses ⁇ pairs.
  • a light source 3 in this example, LED array having a plurality of LEDs of different color, the emitted light is collimated by the Lin ⁇ senreflektor 1 and at the same time mixed so ⁇ so that the spectral profile in the far field of an overloading corresponds to the spectra of the individual LEDs; So example ⁇ example white mixed light with green, red and blue LEDs can be adjusted.
  • Each individual lens 2 a, b is facing a Transmissionskör- per 4 with one of the light source 3, structured light bre ⁇ sponding surface.
  • the transmission body 4 are integral, formed as a monolithic transmission body and produced in a molding process.
  • the monolithic PMMA transmission body is injection molded.
  • the reflective surface 6 is formed on the monolithic TRANSMISSI ⁇ onsêt, namely by a reflective coating whose light refracting surfaces 5a, b the opposite side by means of a metal film. 7
  • the light falling from the light source 3 onto the entrance surface 5a of the functional lens pair 2a, b was modeled in a simulation based on the figures by means of "ray-tracing", whereby the beam rays 7 propagated from the light source 3 to the entrance surface 5a modeled 8 where considered ⁇ with the beams lying between the edge beams 8 are (Randstrahlentheorem).
  • the exit surface 5b is nachgela ⁇ siege, as far as the beam 7 is composed of a plurality of sub-beam, although each sub-beam expanded (see Figure 2, which shows a sub-beam); since the sub-beams of the off ⁇ exit surface 5b downstream but (apart from a small offset) are superimposed corresponds to the off ⁇ takes opening angle 10 of the beam 11 to the radio ⁇ tional pair of lenses 5a, b downstream of substantially 9. the original entry angle The by individual light downstream of the functional lens pair 5a, b downstream, but mixed.
  • the reflecting surface 6 has in its optical Refle ⁇ xions vomachse 15 containing sectional plane (the plane of the drawing corresponds to) a parabolic course; the approximately from the light source 3 Lambertian with a main direction of propagation along the optical axis of the reflecting surface 15 emitted light is collimated with the Reflection on ⁇ , downstream of the reflecting surface 6 is light with a smaller opening angle at the moment (the approximation approximately the opening angle 10 of each individual beam bundle ⁇ corresponds).
  • the exit surface 5b is arranged in the focal point of the first lens 2a; the first lens 2a then focuses the beam onto the exit surface 5b.
  • This can be adjusted by adjusting the lens thickness 22 taken in the direction of the optical lens axis 21 and by varying the distance 23 of the lenses 2a, b taken in the surface direction of the reflection surface 6.
  • a second lens 2b (that is a functional pair of lenses 2a to generate b, is at a distance to the reflection surface 6, the f corresponds approximately to half its focal length, the second for an arrangement of the first lens 2a Lens 2b arranged in a first step in such a way that the entering through the entrance surface 5a of the first lens 2a beam 7 exits after reflection by the second lens 2b and the exit surface 5b in particular at the focal point of the entrance lens 2a (see Figure 2).
  • the tilt of the exit surface 5b of the exit lens 2b is adjusted.
  • These need not be modeling the ge ⁇ entire radiation beam 7, but may be considered even a centroid beam 26; the intersection between focus beam 26 and inlet ⁇ surface 5a and the exit surface 5b is respectively referred to as "reference point”.
  • the tilting of the exit ⁇ surface 5b (the orientation of a surface normal to the reference point 25b) is adjusted to the angle between the optical reflection surface axis 15 and the focus beam 26 downstream of the exit surface 5b negotiatestel ⁇ len.
  • the center of gravity beam 26 should lie approximately parallel to the optical reflection surface axis 15, as illustrated in FIG.
  • Figure 4 illustrates the last step of adjusting the functional lens pair, the adjustment of the curvature of the exit surface 5b of the exit lens 2b such that the reference point 25a of the entrance surface 5a outgoing radiation len 41 of the exit surface 5b downstream in Wesentli ⁇ surfaces are parallel.
  • the rays of the (entire) ray bundle 7 are considered, which penetrate the receptor point 25a of the entrance surface 5a, and the curvature of the exit surface 5b is adjusted so that this divergent ray bundle is collimated.
  • the entrance surface 5a is then the focus of the lens from ⁇ occurs 2b.
  • a next (third) lens can be placed on the second lens 2b; the exit surface 5b of the second lens 2b of the second pair of lenses for functional ⁇ A tread surface.
  • the third lens is, with respect to a einfal ⁇ by the exit surface 5b of the second lens 2b ⁇ lendes second beam disposed at the focal point of the second lens 2b and adjusted in tilt and curvature in a manner described above for the second lens 2b.
  • the reflection surface 6 can thus be equipped to the edge with lenses.
  • the construction of the lens reflector 1 was previously in a two-dimensional section; this could be For example, extruded perpendicular to the optical reflection surface axis 15, that translate translationally symmetrical in a three-dimensional lens reflector 1 (this would have a rectangular shape in the direction of the optical reflection surface axis 15 looking it).
  • Fig. 5 shows a lens reflector generated from the two-dimensional basic shape shown in FIG. 1 by rotation around the optical reflection ⁇ surface axis 15 1.
  • the rotational symmetry is overall with such a denticity, selects that taken in the circumferential direction length of a lens in each case approximately the above-mentioned Linsenab ⁇ state corresponds to the next adjacent lenses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung (1) zur Durchmischung und Umlenkung von Licht mit einer Vielzahl Linsen (2a,b), durch deren Licht brechende Flächen (5a,b) Licht eintritt, um nach einer Reflexion wieder durch die Licht brechenden Flächen (5a,b) auszutreten, wobei eine zwischen dem Eintreten und dem Austreten zurückgelegte Lichtwegstrecke größer ist als die 0,5-fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brennweite f aus der jeweiligen Austrittslinse (2b).

Description

Optische Vorrichtung zur Lichtmischung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchmischung von Licht, ein Verfahren zu deren Herstel- lung sowie Verwendungen der Lichtmischvorrichtung.
Stand der Technik
Bei verschiedenen Beleuchtungsanwendungen kann eine gleichmäßige Ausleuchtung, etwa hinsichtlich des Intensi¬ tätsverlaufs bzw. der spektralen Verteilung, von Interes- se sein. Um beispielsweise eine inhomogene Leuchtdichte¬ verteilung einer Lichtquelle auszugleichen, ist es insoweit aus dem Stand der Technik bekannt, der Lichtquelle nachgelagert eine transmissive Verblendung mit Streumit¬ teln vorzusehen, etwa eingebetteten Streupartikeln. Die diffuse Streuung kann jedoch erstens die abgegebene Leis¬ tung schon aufgrund von Absorptionseffekten prinzipiell verringern und zweitens auch eine „virtuelle Lichtquelle" mit ungünstiger Abstrahlwinkel-Verteilung schaffen; deren Abstrahlcharakteristik kann etwa näherungsweise lambertsch sein, sodass beispielsweise auch zuvor kollimiertes Licht aufgeweitet wird.
Der folgenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafte Vorrichtung zur Durchmischung von Licht anzugeben. Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Vorrichtung zur Durchmischung und zudem Umlenkung von Licht mit einer Vielzahl von Linsen, die jeweils eine Licht brechende Fläche und einen Transmissionskörper aufweisen und eine Brennweite f haben und solchermaßen nebeneinander angeordnet sind, dass die Licht brechenden Flächen flächig nebeneinander liegen; dabei ist die optische Vorrichtung dazu ausgelegt, durch die Licht brechenden Flächen eintretendes Licht so zu reflektieren, dass das Licht nach der Reflexion wieder durch die Licht brechenden Flächen austritt, wobei die zwischen dem Eintreten und dem Aus¬ treten zurückgelegte Lichtwegstrecke größer ist als die 0,5-fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brenn¬ weite faus der jeweiligen Linse („Austrittslinse"), durch deren Licht brechende Fläche das Licht austritt („Aus¬ trittsfläche") .
Die Lichtwegstrecke ist in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt größer als die 0,5-, 0,6-, 0,7-, 0,8- bzw. 0,9- fache effektive Brennweite faus der Austrittslinse und (davon unabhängig) in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt kleiner als die 1,7-, 1,6-, 1,5-, 1,4-, 1,3-, 1,2- bzw. 1,1-fache effektive Brennweite faus der Austrittslin- se; besonders bevorzugt ist die Lichtwegstrecke gleich der effektiven Brennweite faus der Austrittslinse, ist die Eintrittsfläche also in deren Brennpunkt angeordnet. Die Begriffe „Brennweite" und „Brennpunkt" beziehen sich da¬ bei im Allgemeinen nicht zwingend auf ein parallel zur optischen Linsenachse einfallendes Strahlenbündel, son¬ dern auf das ein jeweiliges Linsenpaar durchsetzendes Strahlenbündel .
Die „Lichtwegstrecke" wird entlang eines Schwerpunkt¬ strahls des die Einheit aus Eintritts- und Austrittslinse durchsetzenden Lichts betrachtet (ein Schwerpunktstrahl wird durch Mittelung der nach der Leistung gewichten Strahlen eines Strahlenbündels gebildet) ; die beispiels¬ weise von Strahlen am Rand des jeweiligen Strahlenbündels (das Eintritts- und Austrittslinse durchsetzt) zurückge¬ legte Wegstrecke weicht von der Lichtwegstrecke ab. Die „effektive Brennweite" der Austrittslinse (und auch der Eintrittslinse) ergibt sich aus der Brennweite f der jeweiligen Linse (bestimmt durch die Wölbung der Licht brechenden Fläche und das Material des Transmissionskörpers) und den Abbildungseigenschaften der Reflexion; etwa im Falle einer gekrümmten Reflexionsfläche wird die ef¬ fektive Brennweite also durch die Brennweite der Ein¬ tritts- oder Austrittslinse und der Brennweite der Refle¬ xionsfläche bestimmt. Dabei ist nicht die „globale" Form der Reflexionsfläche maßgeblich, sondern ihre Krümmung in dem Bereich, in welchem das Licht des jeweils betrachte¬ ten Linsenpaars reflektiert wird (es sind ja ein Vielzahl Linsenpaare vorgesehen) .
Dieser jeweils ein Linsenpaar betreffende „lokale" Refle¬ xionsbereich kann jedoch beispielsweise auch plan ausge- bildet sein, also nicht zur effektiven Brennweite beitra¬ gen, und zwar unabhängig von einer nachstehend weiter im Detail erläuterten „globalen" Form einer Reflexionsfläche (wenn diese beispielsweise facettiert und damit lokal plan ausgebildet ist) . Je Linsenpaar ist die Licht brechende Fläche, durch wel¬ che das Licht eintritt („Eintrittsfläche"), also im be¬ vorzugten Fall in der effektiven Brennweite der Austrittslinse angeordnet - unter Berücksichtigung der Re¬ flexion zwischen Ein- und Austritt. Die Austrittslinse kann die Eintrittslinse in ein (der Austrittslinse nach- gelagertes) Fernfeld abbilden, wobei aus unterschiedli¬ chen Richtungen auf die Eintrittslinse fallendes Licht der Austrittslinse nachgelagert (in gewissem Abstand da¬ zu) überlagert und in diesem Sinn gemischt wird; in ande- ren Worten überlagert ein Paar aus Eintritts- und Aus¬ trittslinse aus unterschiedlichen Richtungen einfallendes Licht, das von unterschiedlichen Bereichen einer Lichtquelle emittiert werden kann.
Sind als Lichtquelle also beispielsweise mehrere Leucht- dioden (LEDs) in einer bestimmten (beispielsweise flächigen) Anordnung vorgesehen, fällt das von jeder einzelnen LED abgegebene Licht unter jeweils einem anderen Winkel auf die Eintrittslinse; dabei bestimmen die sich bezogen auf eine Blickrichtung auf die Lichtquelle entlang der optischen Achse „am Rand" der Lichtquelle befindenden LEDs (allgemein: Lichtquellenbereiche) die Winkelvertei¬ lung des einfallenden Lichts, also dessen Eintrittsöff¬ nungswinkel .
Idealerweise wird das von jeder einzelnen LED stammende Licht durch die Austrittslinse zwar aufgeweitet, ent¬ spricht die Winkelverteilung der Austrittslinse nachgela¬ gert (der Austrittsöffnungswinkel) jedoch zumindest nähe¬ rungsweise dem Eintrittsöffnungswinkel, und zwar aufgrund der Überlagerung des von den unterschiedlichen LEDs stam- menden Lichts (dies gilt im Allgemeinen selbstverständ¬ lich für jede Lichtquelle und „LED" ist insoweit als Lichtquellenbereich zu lesen) . In anderen Worten werden Randstrahlen im Ort zu Randstrahlen im Winkel, bleiben jedoch Randstrahlen („Randstrahlentheorem"). Ein funktionales Linsenpaar (aus Eintritts- und Aus¬ trittslinse) lässt sich auch als ein durch die Lichtaus¬ breitung „funktional" gekoppeltes Linsenpaar beschreiben; von dem durch die Eintrittslinse eintretenden Licht tre- ten in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 60 %, 70 %, 80 % bzw. 90 % durch die Austrittslinse aus, koppeln also auf die Austrittsfläche. Insgesamt sind in der optischen Vorrichtung eine Vielzahl Linsen vorgesehen, beispielsweise mehr als 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 bzw. 500 Linsen; von den Vielzahl Linsen sind in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 60 %, 70 %, 80 % bzw. 90 % der Linsen Teil eines funktio¬ nalen Linsenpaares (im Folgenden der Einfachheit halber auch nur „Linsenpaar") . Vereinfacht gesprochen „sieht" jede der Vielzahl Eintrittslinsen die Lichtquelle aus einer anderen Richtung und ist dementsprechend die Färb- bzw. Helligkeitsvertei¬ lung auf jeder Eintrittslinse (die durch die Abbildung zu einer Winkelverteilung wird) eine etwas andere. Es kann so beispielsweise eine Inhomogenität der Quelle, etwa ein Bereich geringerer Leuchtdichte oder auch eine inhomogene Farbverteilung, ausgeglichen werden.
Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Licht zudem nicht nur durch die Vielzahl funktionalen Linsen- paare geführt, sondern vor dem Austritt reflektiert, etwa an einer Reflexionsfläche. Im einfachsten Fall kann diese Reflexion ohne Änderung der Bündelung des gesamten (nicht nur für ein Linsenpaar betrachteten) Lichts erfolgen, kann also beispielsweise eine in globaler Betrachtung plane Reflexionsfläche vorgesehen sein; es wären dann beispielsweise auch die optischen Achsen der Linsen („op- tische Linsenachsen") im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet (beispielsweise um nicht mehr als 15°, 10° bzw. 5° zueinander verkippt). Im Wesentlichen parallel zur optischen Achse durch die Eintrittslinse fallendes Licht kann in diesem Fall nach der Reflexion wieder durch dieselbe Linse austreten, Eintritts- und Austrittslinse sind also dieselbe Linse.
Die optische Achse der optischen Vorrichtung wird als „optische Reflexionsflächenachse" bezeichnet; der Begriff bezieht sich auf eine durch die Reflexion im Gesamten (bei globaler Betrachtung) festgelegte optische Achse. Im Allgemeinen kann die optische Reflexionsflächenachse der Schwerpunktstrahl des gesamten von der Reflexionsfläche reflektierten Lichts sein; vorzugsweise fällt dieser zu- mindest in einer Schnittebene betrachtet mit einer Sym¬ metrieachse der Reflexionsfläche zusammen.
„Globale" Betrachtung der Reflexionsfläche meint einen sich durch Mittelung (gewissermaßen als gleitender Durchschnitt) über eine Vielzahl lokaler Reflexionsbereiche, die jeweils einem Linsenpaar zugeordnet sind, ergebenden Verlauf; die lokalen Reflexionsbereiche müssen dabei im Allgemeinen nicht notwendigerweise stetig sein (eine zu¬ sammenhängende Reflexionsfläche bilden) , sind es aber vorzugsweise. Besonders bevorzugt haben die lokalen Ref- lexionsbereiche dieselbe Form wie die Reflexionsfläche, sind also beispielsweise sphärisch.
Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Linsensystems mit ei¬ nander zugeordneten Eintritts- und Austrittslinsen sowie einer zwischengeschalteten Reflexion kann schon in der kompakten Bauweise bestehen; vereinfacht gesprochen kann eine entsprechende Vorrichtung aufgrund der Nutzung der Eintrittslinsen als zugleich Austrittslinsen hinsichtlich der in Richtung der optischen Linsenachse genommenen Dicke dünner gebaut werden (die Dicke lässt sich in etwa halbieren) . Etwa im Falle eines einstückigen, also monolithischen, Linsensystems kann dies Material und auch Ge¬ wicht sparen helfen.
Zudem kann in einem optischen System gewisser Komplexität, beispielsweise in einem Projektionsgerät, zur Licht- führung auch ein Spiegel bzw. Spiegelsystem notwendig sein; mit einer erfindungsgemäßen Lichtmischvorrichtung können Lichtmischung und Reflexion zugleich erfolgen, was die Integrationstiefe und die Anzahl an Einzelteilen ver¬ ringern kann. Mit einer Verringerung der Anzahl der beim Aufbau eines optischen Systems zu handhabenden Einzeltei¬ le lassen sich beispielsweise auch die zu berücksichti¬ genden Ausrichtungstoleranzen verringern; die erhöhte Integrationstiefe kann also beispielsweise Auslegung und Montage des optischen Systems vereinfachen. Die „Ausbreitung von Licht" könnte beispielsweise mit ei¬ ner Vielzahl Strahlen modelliert werden (sogenanntes „Raytracing" , vgl. auch das Ausführungsbeispiel); inso¬ weit kann „Licht" auch auf ein Strahlenbündel mit be¬ stimmtem Querschnitt und Öffnungswinkel zu lesen sein. Im Übrigen soll die Bezugnahme auf die Ausbreitung von Licht nicht implizieren, dass zur Erfüllung des Gegenstands auch tatsächlich eine solche Ausbreitung erfolgen muss; die erfindungsgemäße Vorrichtung soll für eine entspre¬ chende Ausbreitung ausgelegt sein. Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachstehenden Beschreibung, wobei weiterhin nicht immer im Einzelnen zwischen der Darstellung der Vorrichtung zur Lichtmischung (im Folgenden der Einfachheit halber „Linsenreflektor") bzw. einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem entsprechenden Linsenreflektor, den Verfahren zu deren Herstellung sowie vorteilhaften Verwendungen unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Kategorien zu verstehen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Lichtwegstrecke größer als die 0,5-fache, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt größer als die 0,6-, 0,7-, 0,8- bzw. 0,9-fache, effektive Brennweite fein der Eintrittslinse; von dieser Untergrenze unabhängig ist die Lichtwegstrecke in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt kleiner als die 1,8-, 1,7-, 1,6-, 1,5-, 1,4-, 1,3-, 1,2- bzw. 1,1-fache effek¬ tive Brennweite fein der Eintrittslinse. Im bevorzugten Fall entspricht die Lichtwegstrecke der effektiven Brenn- weite fein / ist die Austrittsfläche also in anderen Worten im Brennpunkt der Eintrittslinse angeordnet. Die Bezie¬ hung zwischen der Lichtwegstrecke und der Brennweite fein der Eintrittslinse wird auch unabhängig von der im Hauptanspruch genannten Beziehung zwischen Lichtwegstrecke und Brennweite faus der Austrittslinse als Erfindung gesehen und soll auch in dieser Form offenbart sein (bevorzugt ist gleichwohl die Beziehung in Bezug auf fein und faus zu¬ gleich erfüllt) .
Im Allgemeinen kann das Licht (ein Strahlenbündel) auch durch eine Linse eintreten und nach der Reflexion durch dieselbe Linse austreten, können Eintritts- und Aus- trittslinse also dieselbe Linse sein, und zwar für das¬ selbe Strahlenbündel. Unabhängig davon kann, auch wenn Eintritts- und Austrittslinse nicht dieselbe Linse sind, die Eintrittslinse zugleich auch Austrittslinse für durch eine andere Eintrittslinse einfallendes Licht sein (und umgekehrt), also für ein anderes Strahlenbündel.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Eintritts- und die Austrittslinse (bezogen auf das jeweilige Strahlenbündel, also das das jeweilige Linsenpaar durchsetzende Licht) nicht dieselbe Linse, sind Eintritts- und Austrittslinse also nicht nur begrifflich, sondern auch körperlich voneinander verschieden („zwei separate Linsen").
Weiter bevorzugt hat das ein solches Linsenpaar separater Linsen durchsetzende Strahlenbündel der Eintrittsfläche der Eintrittslinse vorgelagert einen anderen Winkel zur optischen Reflexionsflächenachse als der Austrittsfläche der Austrittslinse nachgelagert; in anderen Worten wird das Licht durch die Reflexion nicht nur umgelenkt (wie etwa im Falle einer planen Reflexionsfläche) , sondern än- dert die Reflexion (global betrachtet) die Bündelung des Lichts .
Es kann also beispielsweise ein divergentes Strahlenbün¬ del, beispielsweise von einer Lichtquelle mit Lambertscher Abstrahlcharakteristik emittiertes Licht, kollimiert werden. „Kollimation" meint im Allgemeinen zumindest eine Verringerung des Öffnungswinkels; dieser kann infolge der Kollimation dem Linsenreflektor nachgelagert beispielsweise um mindestens 25 %, 50 % oder 75 % verringert sein bzw. (etwa im Falle einer Lichtquelle mit Lambertscher Abstrahlcharakteristik) kleiner als 60°, 40° oder 20° sein.
Im Allgemeinen kann der Linsenreflektor selbstverständlich nicht nur zur Kollimation genutzt werden, sondern ließe sich mit einer von der Seite des eintretenden/austretenden Lichts gesehen (wie im Falle der Kollimation) konkaven Reflexionsfläche auch eine Fokussierung eines im Wesentlichen kollimierten Strahlenbündels errei¬ chen (die Richtung des Lichts ist umkehrbar) ; generell muss zudem auch nicht notwendigerweise eine konkave Ref¬ lexionsfläche vorgesehen werden, sondern könnte auch mit einer konkaven Reflexionsfläche (nach Art einer Streulinse) ein Strahlenbündel aufgeweitet (und zugleich durch¬ mischt) werden. Bevorzugt ist gleichwohl ein Linsenreflektor mit von der Lichtquelle aus gesehen konkaver Reflexionsfläche, der zur Kollimation (und aufgrund der Linsenpaare) zugleich Mischung des Lichts verwendet wird.
Funktionale Linsenpaare, bei denen Eintritts- und Aus- trittslinse identisch sind, und funktionale Linsenpaare, bei denen Eintritts- und Austrittslinse auseinanderfal¬ len, können auch gemeinsam in einem Linsenreflektor vorgesehen werden; erstere können etwa im Falle eines konka¬ ven Linsenreflektors für achsnahes Licht genutzt werden, also für sich bei kollimierender Nutzung mit geringem Verkippungswinkel zur optischen Reflexionsflächenachse ausbreitende Strahlenbündel. Mit zunehmendem
Verkippungswinkel müsste eine Linse, damit sie zugleich Eintritts- und Austrittslinse sein kann, einen zunehmend großen Akzeptanzwinkel haben, was zumindest technischen Aufwand bedeutet; für größere Verkippungswinkel von bei¬ spielsweise mehr als 10°, 20° oder 30° werden deshalb in bevorzugter Ausgestaltung je funktionalem Linsenpaar zwei separate Linsen vorgesehen. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Licht brechenden Flächen von Eintritts- und Austrittslinse unmittelbar ne¬ beneinander angeordnet, also nächst benachbart; vorzugs¬ weise grenzen die Licht brechenden Flächen aneinander, gibt es also beispielsweise keinen Zwischenbereich, also zum Beispiel keine Linseneinfassung.
Es können beispielsweise mindestens 30 %, 40 %, 50 %, 60 % bzw. 70 % der funktionalen Linsenpaare solche nächst benachbarten Linsen sein; im Folgenden werden nächst benachbarte Linsenpaare auch als Linsenpaare „1. Ordnung" bezeichnet (und sind dementsprechend Linsenpaare mit identischer Eintritts- und Austrittslinse Linsenpaare „0. Ordnung") .
Etwa im Falle eines Linsenreflektors mit konkaver Form können mit zunehmendem Verkippungswinkel zur optischen Reflexionsflächenachse an funktionale Linsenpaare 1. Ord¬ nung auch funktionale Linsenpaare 2. bzw. höherer Ordnung anschließen, beispielsweise bei Verkippungswinkeln von mehr als 75°, 80° bzw. 85°. Bei funktionalen Linsenpaaren 2. Ordnung sind Eintritts- und Austrittslinse nicht nächst benachbart, sondern liegt eine weitere Linse da¬ zwischen, deren Licht brechende Fläche im Idealfall (also beispielsweise von Streu- bzw. anderen „Schmutzeffekten" abgesehen) nicht mit dem sie einfassenden funktionalen Linsenpaar wechselwirkt (in lokaler Betrachtung) ; global können die Strahlenbündel den Austrittsflächen nachgela¬ gert selbstverständlich überlappen.
In bevorzugter Ausgestaltung können die Linsen mit zunehmendem Verkippungswinkel zur optischen Reflexionsflächen- achse mit abnehmender Transmissionskörperdicke und/oder zunehmender Apertur vorgesehen sein. Die Transmissionskörperdicke wird jeweils in Richtung der optischen Linsenachse der jeweiligen Linse genommen; die Apertur betrifft den freien Querschnitt, welchen das Licht durch- setzen kann. Mit zunehmendem Abstand der Linsen zur optischen Reflexionsflächenachse, also mit zunehmendem Verkippungswinkel, kann also einerseits die Apertur zu¬ nehmen; da die effektive Fläche, die eine Linse von einer Lichtquelle „sieht", mit zunehmendem Verkippungswinkel abnimmt, kann so die Lichtmenge je Eintrittslinse bei¬ spielsweise auch näherungsweise gleich gehalten werden.
Die Apertur der Linsen muss dabei selbstverständlich nicht durchgehend zunehmen (gleichermaßen muss die Trans¬ missionskörperdicke nicht durchgehend abnehmen) , sondern kann beispielsweise über einen Winkelbereich von mindestens 10°, 20°, 30°, 40° bzw. 50° zunehmen (die Transmis¬ sionskörperdicke kann abnehmen) , und zwar vorzugsweise in einem Bereich maximaler Verkippungswinkel, also am Rand des Linsenreflektors. Sofern Linsen mit unterschiedlicher Transmissionskörperdicke vorgesehen sind, liegen die Licht brechenden Flächen (Tangenten an deren jeweiligen Scheitelpunkt) zumindest abschnittsweise nicht parallel zur Reflexionsfläche (zu Tangenten an die Reflexionsfläche im Schnittpunkt mit den optischen Linsenachsen) ; ansonsten ist ein paralleler Verlauf der Licht brechenden Flächen zu der Reflexions¬ fläche bevorzugt.
Eine vorzugsweise zur Reflexion vorgesehene Reflexions¬ fläche ist besonders bevorzugt eine verspiegelte Fläche, beispielsweise eine Interferenzfläche oder eine mittels eines Metallfilms verspiegelte Fläche. Im Allgemeinen kann das Licht indes selbstverständlich auch durch Totalreflexion zur Austrittslinse reflektiert werden; es kann beispielsweise die der Eintrittsfläche entgegengesetzte Seite des Transmissionskörpers gegenüber der Ausbrei¬ tungsrichtung des Lichts der Eintrittsfläche nachgelagert so geneigt sein, dass die Totalreflexionsbedingung erfüllt ist (mit einer Vielzahl die Totalreflexionsbedingung erfüllenden Flächen kann das Licht auch „um eine Kurve" geführt werden) . Bevorzugt ist gleichwohl eine VerSpiegelung .
In einer die optische Reflexionsflächenachse beinhalten¬ den Schnittebene kann die Reflexionsfläche im Allgemeinen beispielsweise auch eine asphärische Form haben; vorzugs- weise hat die Reflexionsfläche zumindest abschnittsweise eine sphärische, konische, elliptische, hyperbolische und/oder parabolische Form (kann also auch aus mehreren dieser Formen zusammengesetzt sein) . Besonders bevorzugt hat die Reflexionsfläche genau eine der genannten Formen, und zwar in einem Flächenbereich von in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 70 %, 80 %, 90 % bzw. 95 %.
In Richtung der optischen Reflexionsflächenachse auf die Reflexionsfläche blickend kann diese beispielsweise eine sphärische, elliptische oder polygonische Form haben, et- wa auch eine rechteckige oder hexagonale Form. Eine nicht rotationssymmetrische, als Freiformfläche gestaltete Ref¬ lexionsfläche kann insbesondere bei sogenannten „off- axis"-Anwendungen von Interesse, also im Falle einer Schrägbeleuchtung.
Generell kann zwischen Lichtquelle und Linsenreflektor auch eine weitere optische Komponente vorgesehen sein, beispielsweise eine sogenannte Primäroptik (eine Linse beziehungsweise ein Linsensystem) . Im Allgemeinen kann die Reflexionsfläche, wie bereits eingangs erwähnt, auch nicht stetig aus Teilflächen zu¬ sammengesetzt sein; vorzugsweise ist sie stetig. Sofern eine Facettierung vorgesehen ist, kann die einzelne Facette asphärisch oder sphärisch, konisch, elliptisch, hy- perbolisch parabolisch und/oder plan sein.
Vorzugsweise ist die Reflexionsfläche am Transmissions¬ körper der jeweiligen Linse ausgebildet, und zwar an dessen der Licht brechenden Fläche entgegengesetzter Seite. Das Licht tritt somit an der der Eintritts- /Austrittsfläche entgegengesetzten Seite nicht aus (und wird erst dann reflektiert, um erneut in den Transmissi¬ onskörper einzutreten) , sondern bleibt bis zum Austritt durch die Austrittsfläche im Transmissionskörper bzw. geht (vor dem Austritt) unmittelbar in einen benachbarten Transmissionskörper einer benachbarten Linse über.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Transmissionskörper der Vielzahl Linsen monolithisch ausgebildet, liegen zwischen den Transmissionskörpern also keine Materialgrenzen vor. Der monolithische Transmissionskörper kann bei- spielsweise aus einem Volumenmaterial durch Abtragen von Material herausgearbeitet sein, etwa durch Schleifen. In bevorzugter Ausgestaltung wird der monolithische Transmissionskörper in einem Formverfahren hergestellt, wird also einer der Form des monolithischen Transmissionskör- pers entsprechenden Kavität beispielsweise ein erwärmtes Material bzw. ein Ausgangsmaterial zugeführt und gibt die Kavität nach einem An-/Durchhärten den monolithischen Transmissionskörper frei; der monolithische Transmissi¬ onskörper kann also beispielsweise spritzgegossen werden. Weiter bevorzugt ist - auch im Falle des monolithischen Transmissionskörpers - die Reflexionsfläche an der den Licht brechenden Flächen entgegengesetzten Seite ausgebildet, und zwar besonders bevorzugt als durchgehende Reflexionsfläche und/oder durch Verspiegelung, etwa mit einer Metallbeschichtung . Das Licht tritt also durch die Eintrittsflächen ein, durchsetzt den monolithischen Transmissionskörper zur Reflexionsfläche hin und nach der Reflexion von dieser weg, um schließlich durch die Austrittsflächen auszutreten; der Linsenreflektor ist inso- weit (zwischen Ein- und Austritt) ein geschlossenes opti¬ sches System.
Die Transmissionskörper können beispielsweise auch (bezogen auf die optische Linsenachse zumindest abschnittswei¬ se) aus einem Silikon-Material vorgesehen werden, vor- zugsweise einstückig; das Silikon-Material kann dann ent¬ weder unmittelbar auf der Reflexionsfläche oder vorzugs¬ weise auf einem Glaskörper angeordnet werden, welcher rückseitig verspiegelt ist. Der Transmissionskörper einer Linse setzt sich dann also aus einem Silikon- und einem Glasabschnitt zusammen (Silikon haftet gut auf Glas) . Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann darin bestehen, dass die Oberflächenstrukturierung des im Vergleich weichen Silikon-Materials einfacher sein kann, sich also Eintritts- und Austrittsflächen im Wesentlichen ohne Stoßkanten strukturieren lassen. Generell kann eine Linse in Richtung ihrer optischen Linsenachse gesehen auch eine asphärische Form haben. Bevorzugt ist jedoch eine sphärische, elliptische oder poly¬ gonische Form, und zwar des Transmissionskörpers und/oder der Licht brechenden Fläche der Linse; es kann also bei- spielsweise ein Transmissionskörper mit hexagonaler Grundform auch mit einer sphärischen Licht brechenden Fläche versehen sein. In bevorzugter Ausgestaltung haben der Transmissionskörper und die Licht brechende Fläche jedoch dieselbe Form. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Licht brechende Fläche einer Linse in einer die optische Linsen¬ achse beinhaltenden Schnittebene eine sphärische, ellip¬ tische oder polygonische Form.
In dem Linsenreflektor haben dann in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 25 %, 50 % bzw. 75 % der Linsen dieselbe Grundform (von Transmissionskörper und/oder Licht brechender Fläche beziehungsweise Licht brechender Fläche im Schnitt) .
Generell, also unabhängig von der spezifischen Linsen- form, können die Linsen beispielsweise aus Glas oder ei¬ nem Silikonmaterial vorgesehen sein; bevorzugt sind Kunststoffmaterialien wie beispielsweise Polymethylmeth- acrylat (PMMA) , Polycarbonat (PC) oder Cyclo-Olefin-Copo- lymere (COC) . Im Allgemeinen können die Linsen auch unregelmäßig angeordnet sein; bevorzugt ist eine regelmäßige Anordnung, beispielsweise eine symmetrische bzw. spiralenförmige An¬ ordnung. Die Linsen können also beispielsweise in einer die optische Reflexionsflächenachse beinhaltenden Schnittebene bezüglich der optischen Reflexionsflächenachse spiegelsymmetrisch vorgesehen sein und senkrecht zu dieser Schnittebene translationssymmetrisch bzw. rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Reflexionsflächen- achse angeordnet werden.
Generell ist nicht notwendigerweise die gesamte Reflexi¬ onsfläche mit Linsen bedeckt, sondern kann beispielsweise auch ein Bereich um die optische Reflexionsflächenachse frei bleiben, also etwa ein Bereich der Reflexionsfläche, von welchem das Licht auf beispielsweise eine ausgedehnte Lichtquelle rückreflektiert wird. Es sind in dieser Rei¬ henfolge zunehmend bevorzugt mindestens 50 %, 75 % bzw. 90 % der Reflexionsfläche mit Linsen bedeckt.
Die Erfindung betrifft auch eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Linsenreflektor und einer Lichtquelle; die Lichtquelle ist dabei zu der Vielzahl Linsen so angeord¬ net, dass das von ihr emittierte Licht den Linsenreflek¬ tor in einer zuvor beschriebenen Weise durchsetzt. Sämtliche im Rahmen dieser Offenbarung für den Linsenreflek- tor getroffenen Angaben sind auch auf eine Beleuchtungs¬ vorrichtung mit einer Lichtquelle, beispielsweise mit ei¬ nem LED-Array, zu lesen.
Gleichermaßen betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Linsenreflektors mit einer Lichtquelle und die Anordnung der beiden relativ zueinander solcher- maßen, dass die Lichtausbreitung in einer vorstehend beschriebenen Weise erfolgt.
Ferner richtet sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Linsenreflektors. Dabei wird eine Lichtquelle vorgesehen, üblicherweise ei¬ ne der späteren Anwendung entsprechende virtuelle Licht¬ quelle; eine globale Reflexionsfläche wird in Abhängig¬ keit von der gewünschten globalen Lichtformung gewählt, beispielsweise eine (in Bezug auf die Lichtquelle) konka- ve Reflexionsfläche zur Kollimation des Lichts.
Die Lichtquelle wird dann relativ zur Reflexionsfläche positioniert, beispielsweise in deren Brennebene und/oder auf der optischen Reflexionsflächenachse angeordnet; selbstverständlich ist keine dreidimensionale Modellie- rung erforderlich, sondern kann (zunächst) auch ein zweidimensionales Modell erstellt werden.
Im Weiteren wird eine Eintrittslinse mit einer (Licht brechenden) Eintrittsfläche vorgesehen und werden Reflexionsfläche und Linse relativ zueinander angeordnet. Dann wird ein von der (virtuellen) Lichtquelle durch die Eintrittsfläche auf die Reflexionsfläche fallendes Strahlen¬ bündel ermittelt. Dabei wird idealerweise das gesamte von der Lichtquelle in Richtung der Eintrittsfläche abgegebe¬ ne Licht berücksichtigt, werden also im Falle einer aus- gedehnten Lichtquelle (auch) die von Randbereichen der Lichtquelle abgegebenen Strahlen berücksichtigt; es müs¬ sen dann prinzipiell nicht einmal dazwischenliegende Strahlen modelliert werden, weil die Modellierung der Randstrahlen deren Berücksichtigung sicherstellt (Rand- Strahlentheorem) . Dies kann beispielsweise den Berechnungsaufwand reduzieren helfen.
Weiterhin wird eine Austrittslinse mit einer Austritts¬ fläche vorgesehen und solchermaßen an der Reflexionsflä- che angeordnet, dass idealerweise das gesamte durch die Eintrittsfläche einfallende Strahlenbündel die Austritts¬ fläche durchsetzt. Vorzugsweise wird die Austrittsfläche derart angeordnet, dass die Lichtwegstrecke größer ist als die 0,5-fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brennweite fein Eintrittslinse (die vorstehend offenbarten bevorzugten Intervalle sollen auch in diesem Zusammenhang offenbart sein) ; in anderen Worten wird die Austrittsflä¬ che besonders bevorzugt im Brennpunkt der Eintrittslinse angeordnet . Im Weiteren wird die Brennweite faus Austrittslinse derart angepasst, dass die Lichtwegstrecke zwischen Eintritts¬ fläche und Austrittsfläche größer ist als die 0,5-fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brennweite faus der Austrittslinse; auch in diesem Zusammenhang sollen die vorstehend als bevorzugt offenbarten Intervalle of¬ fenbart sein. Üblicherweise wird die Brennweite faus der Austrittslinse eingestellt, indem der Krümmungsradius der Austrittsfläche angepasst wird.
Eine Verkippung der Austrittsfläche, also die Orientie- rung einer Normalen auf den Aufpunkt (den Schnittpunkt zwischen Hauptstrahl und Austrittsfläche) , wird bei¬ spielsweise zur Konstruktion eines kollimierenden Linsenreflektors so ausgerichtet, dass das Strahlenbündel der Austrittsfläche nachgelagert eine zur optischen Reflexi- onsflächenachse im Wesentlichen parallele Hauptausbrei¬ tungsrichtung hat.
Generell können die Eintritts- und die Austrittsfläche auch identisch sein (kann also die Eintrittslinse zu- gleich auch Austrittslinse sein) ; in bevorzugter Ausgestaltung stellt eine von der Eintrittslinse verschiedene Austrittslinse die Austrittsfläche zur Verfügung, die ih¬ rerseits zugleich Eintrittsfläche des nächsten funktiona¬ len Linsenpaares ist (sind also in dem vorstehend be- schriebenen Konstruktionsverfahren Eintritts- und Austrittslinse auf zwei benachbarte, vorzugsweise nächstbe¬ nachbarte, Linsen zu lesen) . In anderen Worten werden also in der eben beschriebenen Weise Linsen nebeneinander positioniert . Vorzugsweise wird nach der Konstruktion eines ersten funktionalen Linsenpaares ein durch eine (zweite) Ein¬ trittsfläche, die vorzugsweise der (ersten) Austrittsflä¬ che entspricht, fallendes (zweites) Strahlenbündel ermit¬ telt; eine dritte Linse, die eine zweite Austrittsfläche zur Verfügung stellt, wird dann in zuvor beschriebener Weise angepasst. Das Verfahren kann bis zu einer n-ten Linse fortgesetzt werden, beispielsweise bis zum Rand der Reflexionsfläche .
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfin- dungsgemäßen Linsenreflektors zur Beleuchtung eines Land¬ fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesonde¬ re eines Personenkraftwagens; dabei ist eine Verwendung im Bereich der Außenbeleuchtung bevorzugt, etwa für Fernlicht, Abblendlicht und/oder Tagfahrlicht bzw. in den Schlussleuchten und/oder Bremsleuchten. Ein weiteres be- vorzugtes Anwendungsgebiet betrifft die Beleuchtung im Bereich der Medizintechnik, insbesondere die Operations¬ feldbeleuchtung .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert, wobei weiterhin nicht im Ein¬ zelnen zwischen den verschiedenen Erfindungskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Fig. 1 eine Beleuchtungsanordnung mit einer flächigen
Lichtquelle und einem erfindungsgemäßen Linsenre¬ flektor in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2 eine Detaildarstellung eines funktionalen Linsenpaares;
Fig. 3 einen Zwischenschnitt bei der Konstruktion eines funktionalen Linsenpaares;
Fig. 4 die Anpassung der Brennweite der Austrittslinse bei der Konstruktion eines funktionalen Linsenpaares;
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Linsenreflektor in einer
Schrägansicht.
Fig. 1 zeigt einen Linsenreflektor 1 mit einer Vielzahl Linsen 2, die jeweils paarweise als funktionale Linsen¬ paare zusammenwirken. Von einer Lichtquelle 3, in diesem Beispiel einem LED-Array mit einer Vielzahl LEDs unter- schiedlicher Farbe, emittiertes Licht wird von dem Lin¬ senreflektor 1 kollimiert und zugleich durchmischt, so¬ dass also der spektrale Verlauf im Fernfeld einer Überla- gerung der Spektren der einzelnen LEDs entspricht; mit grünen, roten und blauen LEDs lässt sich also beispiels¬ weise weißes Mischlicht einstellen.
Jede einzelne Linse 2 a,b ist aus einem Transmissionskör- per 4 mit einer der Lichtquelle 3 zugewandten, Licht bre¬ chenden Fläche 5 aufgebaut. Die Transmissionskörper 4 sind einstückig, als monolithischer Transmissionskörper ausgebildet und in einem formenden Verfahren hergestellt. Der monolithische Transmissionskörper aus PMMA ist spritzgegossen.
Von der Lichtquelle 3 fällt Licht auf die (Licht brechen¬ de) Eintrittsfläche 5a einer ersten Linse 2a des funktio¬ nalen Linsenpaares 2 a,b und durchsetzt die Transmissi¬ onskörper 4a, b, um durch die (Licht brechende) Austritts- fläche 5b der zweiten Linse 2b auszutreten, und zwar nach einer Reflexion an der Reflexionsfläche 6, vgl. auch die Detaildarstellung in Figur 2.
Die Reflexionsfläche 6 ist am monolithischen Transmissi¬ onskörper ausgebildet, nämlich durch eine Verspiegelung dessen den Licht brechenden Flächen 5a, b entgegengesetzter Seite mittels eines Metallfilms 7.
Das von der Lichtquelle 3 auf die Eintrittsfläche 5a des funktionalen Linsenpaares 2a, b fallende Licht wurde in einer den Figuren zugrunde liegenden Simulation mittels „Ray-Tracing" modelliert; von einem sich von der Lichtquelle 3 zur Eintrittsfläche 5a ausbreitenden Strahlenbündel 7 wurden dabei die Randstrahlen 8 modelliert, wo¬ mit auch die zwischen den Randstrahlen 8 liegenden Strahlen berücksichtigt sind (Randstrahlentheorem) . Das Strahlenbündel 7 hat der Eintrittsfläche 5a vorgela¬ gert einen Eintrittsöffnungswinkel 9, wobei unterschied¬ liche Winkelbereiche des Strahlenbündels 7 mit von unter¬ schiedlichen LEDs der Lichtquelle 3 stammendem Licht auf- gefüllt sind; der Eintrittsfläche 5a vorgelagert ist das von den einzelnen LEDs stammende Licht innerhalb des Strahlenbündels 7 voneinander getrennt.
Durch das funktionale Linsenpaar 2a, b wird das Strahlen¬ bündel 7, also das von unterschiedlichen Ortsbereichen der Lichtquelle 3 eintreffende Licht, in unterschiedliche Raumwinkel abgebildet. Der Austrittsfläche 5b nachgela¬ gert ist, soweit das Strahlenbündel 7 aus einer Vielzahl Sub-Strahlenbündel zusammengesetzt ist, zwar jedes Sub- Strahlenbündel aufgeweitet (vgl. Fig 2, die ein Sub- Strahlenbündel zeigt) ; da die Sub-Strahlenbündel der Aus¬ trittsfläche 5b nachgelagert jedoch (von einem geringen Versatz abgesehen) überlagert sind, entspricht der Aus¬ trittsöffnungswinkel 10 des Strahlenbündels 11 dem funk¬ tionalen Linsenpaar 5a, b nachgelagert im Wesentlichen dem ursprünglichen Eintrittsöffnungswinkel 9. Das von den einzelnen LEDs stammende Licht ist dem funktionalen Linsenpaar 5a, b nachgelagert, allerdings durchmischt.
Die Reflexionsfläche 6 hat in einer ihre optische Refle¬ xionsflächenachse 15 beinhaltenden Schnittebene (die der Zeichenebene entspricht) einen parabolischen Verlauf; das von der Lichtquelle 3 näherungsweise Lambertsch mit einer Hauptausbreitungsrichtung entlang der optischen Reflexionsflächenachse 15 abgegebene Licht wird mit der Reflexi¬ on kollimiert, der Reflexionsfläche 6 nachgelagert liegt Licht mit einem geringeren Öffnungswinkel vor (der nähe- rungsweise dem Öffnungswinkel 10 jedes einzelnen Strah¬ lenbündels entspricht) .
In der Detaildarstellung in Fig. 2 ist zu erkennen, wie die Austrittsfläche 5b im Brennpunkt der ersten Linse 2a angeordnet wird; die erste Linse 2a fokussiert dann das Strahlenbündel auf die Austrittsfläche 5b. Dies lässt sich durch eine Anpassung der in Richtung der optischen Linsenachse 21 genommenen Linsendicke 22 und durch eine Variation des in Flächenrichtung der Reflexionsfläche 6 genommenen Abstands 23 der Linsen 2a, b einstellen.
Um zu einer ersten Linse 2a eine zweite Linse 2b hinzufü¬ gen, also ein funktionales Linsenpaar 2a, b zu erzeugen, wird nach einer Anordnung der ersten Linse 2a in einem Abstand zur Reflexionsfläche 6, der in etwa ihrer halben Brennweite f entspricht, die zweite Linse 2b in einem ersten Schritt solchermaßen angeordnet, dass das durch die Eintrittsfläche 5a der ersten Linse 2a eintretende Strahlenbündel 7 nach der Reflexion durch die zweite Linse 2b austritt und die Austrittsfläche 5b insbesondere im Brennpunkt der Eintrittslinse 2a liegt (siehe Figur 2) .
Anschließend wird die Verkippung der Austrittsfläche 5b der Austrittslinse 2b angepasst. Dazu muss nicht das ge¬ samte Strahlenbündel 7 modelliert werden, sondern kann auch nur ein Schwerpunktstrahl 26 betrachtet werden; der Schnittpunkt zwischen Schwerpunktstrahl 26 und Eintritts¬ fläche 5a beziehungsweise Austrittsfläche 5b wird jeweils als „Aufpunkt" bezeichnet. Die Verkippung der Austritts¬ fläche 5b (die Orientierung einer Flächennormalen auf den Aufpunkt 25b) wird angepasst, um den Winkel zwischen der optischen Reflexionsflächenachse 15 und dem Schwerpunkt- strahl 26 der Austrittsfläche 5b nachgelagert einzustel¬ len. Um eine gute Kollimation zu erreichen, sollte der Schwerpunktstrahl 26 in etwa parallel zur optischen Reflexionsflächenachse 15 liegen, wie in Figur 3 illus- friert.
Figur 4 illustriert als letzten Schritt der Justage des funktionalen Linsenpaares die Anpassung der Krümmung der Austrittsfläche 5b der Austrittslinse 2b derart, dass vom Aufpunkt 25a der Eintrittsfläche 5a ausgehende Strah- len 41 der Austrittsfläche 5b nachgelagert im Wesentli¬ chen parallel verlaufen. Es werden also die Strahlen des (gesamten) Strahlenbündels 7 betrachtet, die den Aufpunkt 25a der Eintrittsfläche 5a durchsetzen und wird die Krümmung der Austrittsfläche 5b so angepasst, dass dieses divergente Strahlenbündel kollimiert wird. Die Eintrittsfläche 5a liegt dann im Brennpunkt der Aus¬ trittslinse 2b.
Nach der Justage des ersten funktionalen Linsenpaares kann eine nächste (dritte) Linse an die zweite Linse 2b gesetzt werden; die Austrittsfläche 5b der zweiten Linse 2b wird für das zweite funktionale Linsenpaar zur Ein¬ trittsfläche. Die dritte Linse wird, bezogen auf ein durch die Austrittsfläche 5b der zweiten Linse 2b einfal¬ lendes zweites Strahlenbündel, im Brennpunkt der zweiten Linse 2b angeordnet und in ihrer Verkippung und Krümmung in einer vorstehend für die zweite Linse 2b beschriebenen Weise angepasst. Die Reflexionsfläche 6 kann so bis zum Rand mit Linsen bestückt werden.
Die Konstruktion des Linsenreflektors 1 erfolgte bislang in einem zweidimensionalen Schnitt; dieser könnte bei- spielsweise senkrecht zur optischen Reflexionsflächenachse 15 extrudiert, also translationssymmetrisch in einem dreidimensionalen Linsenreflektor 1 umgesetzt werden (dieser hätte in Richtung der optischen Reflexionsflä- chenachse 15 darauf blickend eine rechteckige Form) .
Fig. 5 zeigt einen aus der zweidimensionalen Grundform gemäß Fig. 1 durch Rotation um die optische Reflexions¬ flächenachse 15 erzeugten Linsenreflektor 1. Die Rotationssymmetrie ist dabei mit einer solchen Zähligkeit ge- wählt, dass eine in Umlaufrichtung genommene Weite einer Linse jeweils in etwa dem vorstehend genannter Linsenab¬ stand in den nächst benachbarten Linsen entspricht.

Claims

Ansprüche
Optische Vorrichtung (1) zur Durchmischung und Um- lenkung von Licht mit
einer Vielzahl Linsen (2a, b), die jeweils eine Licht brechende Fläche (5a, b) und einen Transmissionskör¬ per (4a, b) aufweisen und eine Brennweite f haben, welche Linsen (2a, b) solchermaßen nebeneinander angeordnet sind, dass die Licht brechenden Flächen (5a, b) flächig nebeneinander liegen,
wobei die optische Vorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, durch die Licht brechenden Flächen (5a, b) eintretendes Licht so zu reflektieren, dass das Licht nach der Reflexion wieder durch die Licht brechenden Flächen (5a, b) austritt,
wobei eine zwischen dem Eintreten und dem Austreten zurückgelegte Lichtwegstrecke größer ist als die 0,5-fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brennweite faus der jeweiligen Austrittslinse (2b), durch deren Licht brechende Fläche (5b) das Licht austritt .
2. Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die zwischen dem Eintreten und dem Austreten zurückgelegte Lichtwegstrecke größer ist als die
0,5-fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brennweite fein der jeweiligen Eintrittslinse (2a), durch deren Licht brechende Fläche (5a) das Licht eintritt . Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 mit einer durch die Reflexion bestimmten optischen Reflexionsflächenachse (15), wobei die Eintritts- und die Austrittslinse (2a, b) jeweils eine eigene Linse sind und solchermaßen vorgesehen sind, dass das eintretende und das austretende Licht jeweils einen an¬ deren Winkel zu der optischen Reflexionsflächenachse (15) der optischen Vorrichtung (1) hat.
Optische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Eintritts- und die Austrittslinse (2a, b) jeweils eine eigene Linse sind und wobei eine erste Eintrittslinse und eine von der ersten Ein¬ trittslinse verschiedene erste Austrittslinse zu ei¬ nem ersten funktionalen Linsenpaar zusammengefasst sind und die erste Austrittsfläche Eintrittsfläche eines zweiten funktionalen Linsenpaares aus einer zweiten Eintrittslinse und einer zweiten Austritts¬ linse ist.
Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die Eintritts- und die Austrittslinse (2a, b) solchermaßen angeordnet sind, das die Licht brechen¬ den Flächen (5a, b) von Eintritts- und Austrittslinse (2a, b) unmittelbar nebeneinander liegen, vorzugsweise aneinander grenzen.
Optische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welcher mit zunehmendem Abstand der Linsen (2a, b) zur optischen Reflexionsflächenachse (15) für die Linsen die Dicke ihrer Transmissionskörper (4a, b) abnimmt und/oder ihre Apertur zunimmt. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zur Reflexion des Lichts eine Reflexionsfläche (6) vorgesehen ist, vorzugsweise durch Verspiegelung .
Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher zur Reflexion des Lichts eine an einer der Licht brechenden Fläche (5a, b) entge¬ gengesetzten Seite des Transmissionskörpers (4a, b) ausgebildete Reflexionsfläche (6) vorgesehen ist.
Optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, be welcher die Reflexionsfläche (6) in einer die opti sehe Reflexionsflächenachse (15) der optischen Vor richtung (1) beinhaltenden Schnittebene eine von ei ner sphärischen, konischen, elliptischen, hyperboli sehen und vorzugsweise parabolischen Form hat. 10. Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Transmissionskörper (4a, b) der Vielzahl Linsen (2a, b) monolithisch ausgebildet sind und vorzugsweise an der den Licht bre¬ chenden Flächen (5a, b) entgegengesetzten Seite des monolithischen Transmissionskörpers eine Reflexions¬ fläche (6) ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Licht brechende Fläche (5a, b) einer Linse (2a, b) und/oder ihr Transmissi¬ onskörper (4a, b) in Richtung der optischen Linsenachse (21a, b) der Linse auf die Linse blickend eine von einer sphärischen, elliptischen und polygonischen Form hat.
Optische Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Licht brechende Fläche (5a, b) einer Linse (2a, b) in einer die optische Lin¬ senachse (21a, b) der Linse beinhaltenden Schnittebe¬ ne eine von einer sphärischen, elliptischen und polygonischen Form hat.
Beleuchtungsvorrichtung mit einer optischen Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einer Lichtquelle (3) , welche zu der Vielzahl Linsen (2a, b) so angeordnet ist, dass im Betrieb von der Lichtquelle (3) emittiertes Licht durch die Licht brechenden Flächen (5a, b) der Linsen (2a, b) eintritt und nach der Reflexion wieder durch die Licht brechenden Flächen (5a, b) austritt.
Verfahren zum Entwerfen einer optischen Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte
Vorsehen einer Reflexionsfläche (6);
Vorsehen einer Lichtquelle (3) ;
relativ zueinander Anordnen von Reflexionsfläche (6) und Lichtquelle (3) ;
Vorsehen einer Eintrittslinse (2a) mit einer Eintrittsfläche (5a) , Anordnen der Eintrittslinse (2a) an der Reflexionsfläche (6) und Ermitteln eines von der Lichtquelle (3) durch die Eintrittsflä¬ che (5a) auf die Reflexionsfläche (6) fallenenden Strahlenbündels (7); Vorsehen einer Austrittslinse (2b) mit einer Austrittsfläche (5b) und Anordnen der Austrittslinse (2b) an der Reflexionsfläche solchermaßen, dass zumindest ein Teil des ersten Strahlenbündels (7), vorzugsweise das gesamte Strahlenbündel (7), die Austrittsfläche (5b) durchsetzt;
Anpassen der Brennweite faus der Austrittslinse (2b) solchermaßen, dass die zwischen der Eintrittsfläche (5a) und der Austrittsfläche (5b) zu¬ rückgelegte Lichtwegstrecke größer ist als die 0,5- fache und kleiner als die 1,8-fache effektive Brenn¬ weite faus.
Verwendung einer optischen Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Lichtquelle
(3) zu den Vielzahl Linsen (2a, b) so angeordnet wird, dass im Betrieb von der Lichtquelle (3) emit¬ tiertes Licht durch die Licht brechenden Flächen
(5a, b) der Linsen (2a, b) eintritt und nach der Re¬ flexion wieder durch die Licht brechenden Flächen
(5a, b) austritt.
Verwendung nach Anspruch 15 zur Beleuchtung eines Landfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, oder zur Be¬ leuchtung im Bereich der Medizintechnik, insbesondere im Bereich der Operationsfeldbeleuchtung.
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