ANORDNUNG ZUR LICHTABGABE MIT LICHTLENKELEMENT UND REFLEKTOR

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lichtabgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche zumindest eine im Wesentlichen punktförmige Lichtquelle aufweist, wobei die Lichtabgabe mit Hilfe eines der Lichtquelle vorgeordneten Lichtlenkelements sowie eines das Lichtlenkelement umgebenden Reflektors erfolgt. Bei der zum Einsatz kommenden punktförmigen Lichtquelle handelt es sich insbesondere um eine LED.

[0002] LEDs kommen in der Beleuchtungstechnologie zunehmend zum Einsatz, da sie gegenüber herkömmlichen Lichtquellen wie Leuchtstofflampen oder Glühbirnen zahlreiche Vorteile aufweisen. Ein Vorteil von LEDs besteht beispielsweise darin, dass sie ihr Licht vorwiegend in die Richtung abgeben, in der bei einer Leuchtenkonstruktion auch die tatsächliche Lichtabgabe erfolgen soll, also in Richtung des Lichtaustritts. Hierin liegt gleichzeitig allerdings auch ein Nachteil der LEDs, da eine gezielte Beeinflussung der abgegebenen Lichtstrahlen zur Lichtlenkung nur möglich ist, indem bestimmte optische Elemente unmittelbar in dem Bereich des Lichtaustritts der LEDs positioniert werden. Durch den hohen Direktanteil des von LEDs abgegebenen Lichts und die geringe Beeinflussbarkeit ergibt sich zwangsläufig auch ein bestimmtes Maß an Streulicht, welches sich vor allem bei engstrahlenden Verteilungen sehr störend auswirkt. Weiterhin ist bei LED-Modulen, bei denen mehrfarbige LEDs zum Einsatz kommen (z. B. bei RGB-Modulen), eine gezielte Farbmischung erforderlich, um letztendlich eine homogene Lichtabgabe mit einer gewünschten Mischfarbe zu erzielen.

[0003] Aus der EP 1 255 306 A2 ist eine LED-Anordnung bekannt, bei der das von der LED ausgehende Licht durch eine Linse auf einen Reflektor umgelenkt wird. Eine entsprechende Vorrichtung ist auch aus der Schrift DE 10 2008 056 049 A1 bekannt.

[0004] Aus der US 2008/0074886 A1 ist eine Licht abgebende Anordnung mit einer LED und einer Linse bekannt, bei der das von der LED abgestrahlte Licht durch die Linse zu den Seiten hin umgelenkt wird. Aus der WO 2009/149558 A1 ist eine Anordnung mit LEDs und asymmetrischen Linsen bekannt.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Konzept zur Beeinflussung der Lichtabgabe bei Beleuchtungsanordnungen mit im Wesentlichen punktförmigen Lichtquellen, insbesondere LEDs, anzugeben, mit dessen Hilfe die oben genannten Ziele erreicht werden. Insbesondere soll einerseits eine effektive Beeinflussung der Lichtabgabe möglich sein, andererseits soll im Falle der Verwendung verschiedenfarbiger Lichtquellen eine effektive Farbdurchmischung erzielt werden.

[0006] Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Lichtabgabe, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0007] Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Verwendung eines speziell ausgestalteten Lichtlenkelements, mit dessen Hilfe einerseits eine effektive Lichtlenkung ermöglicht wird, andererseits die Durchmischung des von der bzw. den Lichtquellen abgegebenen Lichts gefördert wird. Dieses spezielle Lichtlenkelement ist im Wesentlichen zylinderartig ausgebildet, wobei eine Stirnseite des Zylinders eine Lichteintrittsfläche bildet. Eine der Lichteintrittsfläche gegenüberliegende Seite des Zylinders ist dann zumindest teilweise gegenüber einer Längsachse des Zylinders geneigt ausgerichtet. Sie ist hierdurch für einen Teil des Lichts durchlässig und für einen anderen Teil des Lichts reflektierend, wobei dann der reflektierte Anteil des Lichts über die Mantelfläche des Zylinders, welche mit Strukturen zur Lichtauskopplung versehen ist, auf einen das Lichtlenkelement umgebenden Reflektor abgegeben wird. Diese spezielle Ausgestaltung ermöglicht es, sämtliche Anteile des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts effektiv zu nutzen.

[0008] Erfindungsgemäß wird also eine Anordnung zur Lichtabgabe vorgeschlagen, welche zumindest eine im Wesentlichen punktförmige Lichtquelle, ein der Lichtquelle in Abstrahlrichtung vorgeordnetes Lichtlenkelement aus einem transparenten Material sowie einen das Lichtlenkelement umgebenden Reflektor aufweist, wobei erfindungsgemäß das Lichtlenkelement im Wesentlichen zylinderartig ausgebildet ist, wobei eine Stirnseite des Zylinders eine Lichteintrittsfläche bildet und die der Lichteintrittsfläche gegenüberliegende Seite des Zylinders zumindest teilweise gegenüber einer Längsachse des Zylinders derart geneigt ist, dass sie für einen Teil des Lichts durchlässig und für einen anderen Teil des Lichts reflektierend ist, und wobei die Mantelfläche des Zylinders mit Strukturen zur Lichtauskopplung vorgesehen ist.

[0009] Als Lichtquellen kommen erfindungsgemäß vorzugsweise LEDs zum Einsatz, wobei es sich insbesondere um verschiedenfarbige LEDs handeln kann. Um die Mischung des von den verschiedenen LEDs abgegebenen Lichts weiter zu optimieren, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Lichteintrittsfläche des Lichtlenkelements mit einer streuenden Struktur, insbesondere einer Mikrostruktur versehen ist. Alternativ hierzu kann im Bereich der Lichteintrittsfläche auch ein optisches Element, beispielsweise eine Folie vorgesehen sein, welche eine entsprechende streuende Struktur, insbesondere eine Mikrostruktur aufweist.

[0010] Erfindungsgemäß wird die Lichtaustrittsfläche des Lichtlenkelements, also die der Lichteintrittsfläche gegenüberliegende Seite durch eine Mantelfläche einer sich in das Lichtleitelement erstreckenden Ausnehmung gebildet, wobei die Ausnehmung kegelförmig ausgebildet ist. Je nachdem, wie engabstrahlend die Lichtabgabe erfolgen soll, kann dann der Konus des Kegels gewählt werden. Dieser kann insbesondere im Bereich zwischen 0° und 45° liegen.

[0011] Die Lichteintrittsfläche des Lichtlenkelements ist mit einer streuenden Struktur versehen oder es ist eine Folie mit einer streuenden Struktur der Lichteintrittsfläche des Lichtlenkelements vorgeordnet.

[0012] Alternativ zu einer symmetrischen Lichtabgabe kann allerdings auch eine asymmetrische Lichtabgabe vorgesehen sein. In diesem Fall ist die der Lichteintritts fläche gegenüberliegende Fläche des Lichtlenkelements, an der einerseits eine Lichtbrechung und andererseits eine Reflexion stattfindet, vorzugsweise durch eine schräge Stirnfläche gebildet.

[0013] Der das erfindungsgemäße Lichtlenkelement umgebende Reflektor ist vorzugsweise topfartig ausgebildet. Auch hier kann die Form der Reflexionsfläche verändert werden, um die Lichtabgabe in gewünschter Weise zu beeinflussen.

[0014] Letztendlich wird durch die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht, die Abgabe des Lichts von punktförmigen Lichtquellen, insbesondere von LEDs, in einfacher aber effektiver Weise zu beeinflussen. Durch die Nutzung der verschiedenen lichtlenkenden Eigenschaften der Elemente können in einfacher Weise Leuchten mit verschiedenen Lichtabstrahlcharakteristiken erzielt werden, ohne dass diese von außen auf den ersten Blick unterscheidbar sind.

[0015] Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Lichtabgabe;

Figuren 2 bis 4

Ansichten des bei dem ersten Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommenden Lichtlenkelements;

Figur 5

eine Schnittdarstellung des Lichtlenkelements der Fig. 2 bis 4 und

Figuren 6 bis 8

Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines Lichtlenkelements, welches nicht Teil der Erfindung ist.

[0016] Die in Figur 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene erfindungsgemäße Anordnung dient der Lichtlenkung des Lichts, welches von mehreren punktförmigen Lichtquellen, insbesondere von LEDs abgegeben wird. Vorzugsweise kommen hierbei insbesondere verschiedenfarbige LEDs - beispielsweise in den Farben Rot, Grün und Blau - zum Einsatz, um durch Steuerung der Intensitäten der verschiedenen Farben Mischlicht eines nahezu beliebigen Farborts bzw. einer beliebigen Farbtemperatur zu erzielen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung 1 wird einerseits eine besonders gute Durchmischung des Lichts der verschiedenen LEDs erzielt, andererseits kann auch das Licht effektiv in einen bestimmten Bereich gelenkt werden. Die Anordnung 1 kann beispielsweise in sog. LED-Strahlern zum Einsatz kommen.

[0017] Wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung 1 sind zum einen ein topfförmiger Reflektor 2 sowie zum anderen ein transparentes Lichtlenkelement 10, welches etwa im Bereich des Zentrums des Reflektors 2 angeordnet ist. Die Ausgestaltung des Lichtlenkelements 10 wird nachfolgend noch detailliert beschrieben. Beide Elemente, also Reflektor 2 und Lichtlenkelement 10, werden durch ein ringförmig ausgestaltetes Halteelement 3 gehalten, über welches gleichzeitig auch eine Befestigung an bzw. in dem - nicht näher dargestellten - Gehäuse eines LED-Strahlers erfolgt.

[0018] Zentrales Element der erfindungsgemäßen Anordnung ist wie bereits erwähnt das transparente Lichtlenkelement 10, dessen Ausgestaltung nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert werden soll.

[0019] Von außen betrachtet ist das Lichtlenkelement 10, welches aus einem lichtdurchlässigen Material, vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoff besteht, im Wesentlichen als Zylinder ausgebildet. Die Rückseite des Zylinders bildet hierbei eine Lichteintrittsfläche 11 und ist dementsprechend den Lichtquellen zugewandt. Über einen umlaufenden Randbereich 12 wird eine scheibenförmige Ausnehmung 13 gebildet, welche entsprechend der Schnittdarstellung von Figur 5 der Aufnahme der hier schematisch dargestellten LEDs 5 dient. Über die Rückseite bzw. die entsprechende Lichteintrittsfläche 11 wird dann das Licht der LEDs 5 in das Lichtlenkelement 10 eingekoppelt.

[0020] Wie bereits erwähnt ist es erwünscht, dass das Licht der LEDs 5 möglichst gut durchmischt wird. Um dies zu erzielen, ist vorgesehen, dass die Lichteintrittsfläche 11 mit einer lichtstreuenden Mikrostruktur versehen ist. Über die lichtstreuende Wirkung dieser Struktur wird eine gleichmäßige Verteilung der Lichtstrahlen ohne extreme Unstetigkeiten erzielt. Gleichzeitig sorgt dies für die angestrebte Farbdurchmischung. Alternativ zu der Ausführungsform, bei der die Lichteintrittsfläche 11 selbst mit der Struktur versehen ist, könnte auch vorgesehen sein, an der Bodenfläche der Ausnehmung 13, also zwischen den LEDs 5 und der Lichteintrittsfläche 11 ein flaches optisches Element, beispielsweise eine Folie mit einer entsprechenden Mikrostruktur einzulegen. Auch auf diesem Wege wird die oben genannte gleichmäßige Verteilung des Lichts und ein Farbdurchmischung erzielt.

[0021] Die Weiterleitung des in das Lichtlenkelement 10 eingekoppelten Lichts erfolgt dann im Wesentlichen auf zwei verschiedenen Wegen, welche schematisch in der Schnittdarstellung von Figur 5 dargestellt sind.

[0022] Verantwortlich für die weitere Lichtleitung ist hierbei insbesondere die der Lichteintrittsfläche 11 des Lichtlenkelements 10 gegenüberliegende Fläche 15. Im dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem eine symmetrische Lichtabgabe angestrebt wird, wird hierbei die Fläche 15 durch eine sich in das Lichtlenkelement 10 erstreckende Ausnehmung 16 gebildet, welche kegelförmig ausgebildet ist. Die Fläche 15 ist hierdurch gegenüber der Längsachse I des Zylinders geneigt ausgebildet und wird durch die Mantelfläche der Ausnehmung 16 gebildet.

[0023] Lichtstrahlen, die auf diese Fläche 15 treffen, werden nunmehr in unterschiedlicher Weise weitergeleitet. So wird ein erster Teil - repräsentiert durch den Lichtstrahl A - im Wesentlichen unverändert zur Unterseite hin abgegeben. An dem Übergang zwischen dem Lichtlenkelement 10 und der Ausnehmung 16 kann hierbei eine Brechung, also eine geringfügige Ablenkung des Lichtstrahls A stattfinden. Lichtstrahlen hingegen, welche unter einem flachen Winkel auf die Fläche 15 auftreffen (repräsentiert durch den Strahl B), werden an der Fläche 15 totalreflektiert und hierdurch auf die Mantelfläche 18 des Zylinders gerichtet. An dieser Mantelfläche 18 ist eine später noch näher beschriebene Struktur 19 vorgesehen, über welche die Lichtstrahlen ausgekoppelt und auf die Reflexionsfläche des umgebenden topfartigen Reflektors 2 gelenkt werden. Diese Lichtstrahlen werden dann von dem Reflektor 2 wiederum zur Unterseite hin reflektiert. Letztendlich werden also sowohl die von den LEDs 5 in Lichtabstrahlrichtung, also nach unten abgestrahlten Lichtstrahlen, als auch die seitlich abgegebenen Lichtstrahlen, also das Streulicht der LEDs 5 gerichtet zur Unterseite hin abgegeben. Die Lichtverteilung kann hierbei durch die Wahl des Öffnungswinkels der kegelförmigen Ausnehmung 16 beeinflusst werden. Hierbei kann der Konus des Kegels im Bereich zwischen 0° und 45° liegen.

[0024] Zur Mantelfläche 18 des Lichtlenkelements 10 ist anzumerken, dass die dort vorgesehene Struktur 19 vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass die das Lichtlenkelement 10 seitlich verlassenden Strahlen möglichst senkrecht zur Längsachse I abgegeben werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Licht effektiv durch den Reflektor 2 in Lichtabstrahlrichtung umgelenkt werden kann. Diese bevorzugte seitliche Lichtabgabe wird dadurch erzielt, dass die Struktur 19 wiederum als Mikroprismenstruktur ausgebildet ist. Insbesondere wird diese Struktur durch eine alternierende Anordnung über den Umfang der Mantelfläche 18 verlaufender Nuten und Vorsprünge gebildet.

[0025] Letztendlich wird durch die Kombination des Lichtlenkelements 10 mit dem Reflektor 2 die Möglichkeit eröffnet, sehr engstrahlende Lichtverteilungen zu erzielen, wobei trotz allem eine gute Durchmischung des Lichts der LEDs 5 erzielt wird.

[0026] Eine zweite Variante eines nicht erfindungsgemäßen Lichtlenkelements ist in den Figuren 6 bis 8 dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Variante, bei der eine asymmetrische Lichtabstrahlung erzielt wird. Hierzu bildet die der Lichteintrittsfläche 11 gegenüberliegende Fläche 15 des Lichtlenkelements 10 nicht die Mantelfläche einer kegelförmigen Ausnehmung. Stattdessen ist die Fläche 15 nunmehr als einseitige Schräge bzw. abgeschrägte Stirnfläche des Zylinders ausgebildet. Wie auch bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 wird ein Teil der Lichtstrahlen das Lichtlenkelement 10 nahezu ungehindert durchstrahlen und über die Fläche 15 verlassen. Ein anderer Teil der Lichtstrahlen hingegen wird an der Fläche 15 reflektiert und über die Mantelfläche 18 auf den Reflektor 2 abgegeben werden. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich dann letztendlich eine asymmetrische Lichtabstrahlcharakteristik, welche beispielsweise für die Beleuchtung einer Wand oder eines seitlich unterhalb des LED-Strahlers angeordneten Objekts genutzt werden könnte. Auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird allerdings das von den LEDs abgegebene Licht vollständig zur Beleuchtung genutzt, wobei wiederum eine effektive Durchmischung des Lichts stattfindet.

Ansprüche

1. Anordnung (1) zur Lichtabgabe mit zumindest einer im Wesentlichen punktförmigen Lichtquelle (5), einem der Lichtquelle (5) in Abstrahlrichtung vorgeordneten Lichtlenkelement (10) aus einem transparenten Material sowie einem das Lichtlenkelement (10) umgebenden Reflektor (2),
wobei das Lichtlenkelement (10) im Wesentlichen zylinderartig ausgebildet ist, wobei

• eine Stirnseite des Zylinders eine Lichteintrittsfläche (11) bildet und

• die Mantelfläche (18) des Zylinders mit Strukturen (19) zur Lichtauskopplung versehen ist,

wobei die der Lichteintrittsfläche (11) gegenüberliegende Seite des Zylinders zumindest teilweise gegenüber einer Längsachse (I) des Zylinders derart geneigt ist, dass sie für einen Teil des Lichts durchlässig und für einen anderen Teil des Lichts reflektierend ist, und wobei die durch die geneigte Fläche gebildete Lichtaustrittsfläche (15) des Lichtlenkelements (10) durch die Mantelfläche (16) einer sich in das Lichtlenkelement erstreckenden kegelförmigen Ausnehmung gebildet ist, dadurch gekennzeichent, dass die Lichteintrittsfläche (11) des Lichtlenkelements (10) mit einer streuenden Struktur versehen ist oder der Lichteintrittsfläche (11) des Lichtlenkelements (10) eine Folie mit einer streuenden Struktur vorgeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die streuende Struktur eine Mikrostruktur ist.

3. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Konus der kegelförmigen Ausnehmung (16) im Bereich zwischen 0° und 45° liegt.

4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Reflektor (2) topfförmig ausgebildet ist.

5. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle durch eine LED gebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese mehrere verschiedenfarbige LEDs aufweist.

Claims

1. Arrangement (1) for emitting light with at least one substantially point-shaped light source (5), a light guiding element (10) of a transparent material arranged upstream of the light source (5) in the emission direction, as well as a reflector (2) surrounding the light guiding element (10),
wherein the light guiding element (10) is essentially cylindrical in shape, wherein

• an end face of the cylinder forms a light entry surface (11) and

• the sheath surface (18) of the cylinder is provided with structures (19) for light decoupling,

wherein the side of the cylinder opposite the light entry surface (11) is at least partly inclined relative to a longitudinal axis (I) of the cylinder, so that it is transmissive to a portion of the light and is reflective to another portion of the light,
and wherein
the light emitting surface (15) of the light guiding element (10) formed by the inclined surface, is formed by the sheath surface (16) of a cone-shaped recess extending into the light guiding element,
characterized in that
the light entry surface (11) of the light guiding element (10) is provided with a diffusing structure, or a foil with a diffusing structure is arranged upstream of the light-receiving surface (11) of the light guiding element (10).

2. Arrangement according to claim 1,
characterized in that
the diffusing structure is a microstructure.

3. Arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
the cone of the cone-shaped recess (16) lies in the range between 0° and 45°.

4. Arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
the reflector (2) is cup-shaped.

5. Arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
the light source is formed by an LED.

6. Arrangement according to claim 5,
characterized in that
it has several varicolored LEDs.

Revendications

1. Agencement (1) destiné à l'émission de lumière, avec au moins une source de lumière (5) essentiellement ponctuelle, un élément de guidage de lumière (10), disposé en amont de la source de lumière (5) dans la direction de rayonnement, composé d'un matériau transparent, ainsi qu'avec un réflecteur (2) entourant l'élément de guidage de lumière (10),
l'élément de guidage de lumière (10) étant constitué essentiellement à la façon d'un cylindre,

• un côté avant du cylindre formant une surface d'entrée de lumière (11) et

• la surface d'enveloppe (18) du cylindre étant munie de structures (19) destinées au découplage de la lumière,

le côté du cylindre opposé à la surface d'entrée de lumière (11) étant incliné au moins partiellement par rapport à un axe longitudinal (I) du cylindre de telle sorte qu'il est transparent pour une partie de la lumière et réfléchissant pour une autre partie de la lumière,
et
la surface de sortie de lumière (15) de l'élément de guidage de lumière (10) formée par la surface inclinée étant formée par la surface d'enveloppe (16) d'un creux de forme conique s'étendant dans l'élément de guidage de lumière,
caractérisé en ce que
la surface d'entrée de lumière (11) de l'élément de guidage de lumière (10) est munie d'une structure diffusante, ou une feuille avec une structure diffusante est disposée en amont de la surface d'entrée de lumière (11) de l'élément de guidage de lumière (10).

2. Agencement selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la structure diffusante est une microstructure.

3. Agencement selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le cône du creux (16) de forme conique se situe dans la plage entre 0 ° et 45 °.

4. Agencement selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le réflecteur (2) est constitué en forme de pot.

5. Agencement selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la source de lumière est formée par une LED.

6. Agencement selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
celui-ci présente plusieurs LED de différentes couleurs.

Zeichnung