Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie
- ausblendung für den stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade zur
gezielten Beleuchtung eines Innenraumes mit wenigstens einem transluzenten optischen
Element, das eine eben ausgebildete Lichteintrittsseite sowie eine Lichtaustrittsseite
vorsieht, die von einer ersten gekrümmten Grenzfläche sowie zumindest von einer zweiten
Grenzfläche begrenzt ist, wobei die Krümmung der ersten Grenzfläche derart ausgebildet
ist, dass Lichtstrahlen, die aus einem ersten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite
auftreffen und in das optische Element einkoppeln im Wege der Totalreflexion an der
ersten Grenzfläche auf den Bereich der zweiten Grenzfläche konzentriert werden und
dass Lichtstrahlen, die aus einem zweiten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite
auftreffen und in das optische Element einkoppeln, durch die erste Grenzfläche aus
dem optischen Element austreten.
Stand der Technik
[0002] Die Erfindung betrifft ein Element, das in offenen und geschlossenen Räumen als Sonnenschutzelement
und als Lichtlenkelement eingesetzt werden kann. Die heutigen lichttechnischen und
thermischen Anforderungen an Gebäude, speziell im Bereich der Büronutzung, insbesondere
bei Bildschirmarbeitsplätzen, stellen hohe Anforderungen an den Sonnenschutz sowie
an die Tageslichtversorgung an Arbeitsplätzen. Zur Erfüllung dieser Ansprüche kommen
in vielen Gebäuden sensorisch gesteuerte, nachgeführte Jalousiensysteme zum Einsatz.
Dabei tritt neben unerwünschten Störeffekten durch die permanente Nachsteuerung solcher
Systeme zusätzlich das Problem auf, dass bei flachstehender Sonne der Innenraum zu
stark abgedunkelt wird und die Verwendung von Kunstlicht erforderlich ist.
[0003] Durch transparente prismatische Sonnenschutzelemente kann der direkte Strahlungsanteil
der Sonne wirkungsvoll zurückreflektiert werden und gleichzeitig eine hohe Restlichttransmission
des diffusen Himmelslichtes erreicht werden, so dass der mittels prismatischer Sonnenschutzelemente
verschattete Raum nicht zu stark abgedunkelt werden muß. Um jedoch einen wirkungsvollen
Sonnenschutz für alle auftretenden Sonnenwinkel zu gewährleisten, müssen prismatische
Systeme ebenfalls präzise dem aktuellen Sonnenstand nachgeführt werden, da die Prismastruktur
die auf diese auftreffende Strahlung nur innerhalb eines kleinen Winkelbereiches reflektiert.
Der technische Aufwand für solche System ist dementsprechend hoch.
[0004] Prismatische Systeme haben zudem die oft als nachteilig oder störend empfundene Eigenschaft,
daß die Strahlung beim Durchgang durch das Prisma spektral in verschiedene Richtungen
aufgespalten wird, wodurch eine Farbzerlegung im sichtbaren Bereich der Strahlung
auftritt.
[0005] Ein weiteres Problem bei der Verwendung prismatischer Elemente tritt häufig dadurch
auf, dass die durch das prismatische Element zurückgeworfene Strahlung spiegelnd in
den Aussenraum zurückreflektiert wird. Das kann beim Einsatz solcher Elemente in Fassadenbereichen
von Gebäuden zu Blendungsproblemen in der Umgebung des Gebäudes führen. Einen Überblick
über die bisherige Entwicklung ist im OTTI-Energie-Kolleg: 1.-6. Tagungsband "Innovative
Lichttechnik in Gebäuden" zusammengestellt.
[0006] Durch Verwendung sogenannter lichttransparenter CPC-Strukturen (Compound Parabolic
Concentrators) kann der Einfallswinkelbereich, innerhalb dessen die auftreffende direkte
Sonnenstrahlung in den Einfallshalbraum zurückreflektiert wird, im Gegensatz zu prismatischen
Systemen durch die Formgebung innerhalb eines weiten Winkelbereiches angepasst werden.
So können auf der Basis derartiger CPC-Strukturen auch nicht bewegliche, stationäre
Systeme hergestellt werden, die einen wirkungsvollen Sonnenschutz und gleichzeitig
eine hohe Diffuslichttransmission erlauben. Ein solches System, das auf der Basis
transparenter, CPC-Strukturen als stationärer, saisonal wirksamer Sonnenschutz einsetzbar
ist, ist in der Offenlegungsschrift DE 196 13 222 A1 beschrieben.
[0007] Die in der vorstehenden Druckschrift dargestellte Vorrichtung dient der gezielten
Abschattung von Sonnenlicht, das auf transluzente Gebäudefassaden zur Innenraumbeleuchtung
auftrifft. Das der bekannten Vorrichtung zugrundeliegende, optische Funktionsprinzip
ist durch die Raumgeometrie eines, das Sonnenlicht um-bzw. ausblendende optischen
Elementes vorgegeben und basiert grundsätzlich auf der Lichtkonzentration sowie der
Lichtumlenkung von Sonnenstrahlung innerhalb eines definierten Einfallswinkelbereiches,
d. h. das optische Element vermag all jene Sonnenstrahlen zu konzentrieren, die aus
einem vorgegebenen ersten Raumwinkelbereich auf das optische Element einfallen und
alle weiteren Sonnenstrahlen werden entsprechend umgelenkt. Zur näheren Erläuterung
wird auf die Figur 2 verwiesen, in der das Funktionsprinzip des bekannten optischen
Elementes dargestellt ist. Figur 2 zeigt vier im Längsschnitt dargestellte, nebeneinander
angeordnete optische Elemente C, die jeweils über eine gemeinsame Lichteintrittsseite
A verfügen. Jedes einzelne optische Element C weist stetig gekrümmte Seitenwände auf,
die jeweils mit einer eben ausgebildeten Lichtaustrittsseite D abschließen. Das optische
Element C kann entweder einachsig linear als auch rotationssymmetrisch oder zweiachsig
oder diagonal verschnitten ausgeformt sein. Die Krümmung der Seitenwände des optischen
Elementes C ist derart ausgebildet, dass Lichtstrahlen, die auf die Lichteintrittsseite
A aus einem Raumwinkelbereich B auftreffen, im Wege der Totalreflexion an den Seitenflächen
im Inneren des optischen Elementes auf die Lichtaustrittsseite D konzentriert werden.
Die Lichtaustrittsseite D ist mit einer Beschichtung E versehen, die die Strahlung
entweder absorbiert oder in den Eintrittshalbraum B zurückreflektiert. Auf diese Weise
werden alle Lichtstrahlen, die aus dem Raumwinkelbereich B auf die Lichteintrittsseite
des jeweiligen optischen Elementes C auftreffen, vor dem ungehinderten Hindurchtreten
durch das optische Element C gehindert, sie werden demzufolge gezielt ausgeblendet.
Lichtstrahlen, die auf die Lichteintrittsseite A auftreffen, die außerhalb des Raumwinkels
D liegen, gelangen hingegen in das optische Element C und treten aus den Seitenwänden
aus dem Element aus und erfahren dabei eine Umlenkung bzw. Auffächerung.
[0008] Sind derartige optische Elemente entsprechend längs einer transluzenten Gebäudefassade
F angebracht, wie es in Figur 3 dargestellt ist, so vermögen die optischen Elemente,
die auf die Lichteintrittsseite einfallenden Lichtstrahlen entsprechend umzulenken,
zu reflektieren bzw. zu absorbieren. In Figur 3 sind Möglichkeiten einer entsprechenden
Lichtumlenkung durch das optische Element vor einer Gebäudenfassade F dargestellt.
Je nach Orientierung der optischen Elemente gegenüber der einfallenden Lichtstrahlen
können somit Lichtstrahlen gezielt in das Innere von Gebäuden umgelenkt oder wieder
zurück in die freie Atmosphäre reflektiert werden.
[0009] Die vorstehend beschriebene bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass sie
bei entsprechender Anbringung an eine transluzente Gebäudefassade keine Durchsichteigenschaften
besitzt, wodurch ihre Verwendung gerade in Fensterbereichen unattraktiv ist.
Darstellung der Erfindung
[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie
-ausblendung für den stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade zur
gezielten Beleuchtung eines Innenraums mit wenigstens einem transluzenten optischen
Elementes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass eine
Durchsichtmöglichkeit durch die linear oder arrayförmig angeordneten optischen Elemente
hindurch bestehen soll. Insbesondere gilt es eine möglichst einfache und kostengünstige
Vorrichtung zur Lichtausblendung sowie Lichtumlenkung anzugeben.
[0011] Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche
sowie der übrigen Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele
zu entnehmen.
[0012] Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie -ausblendung für den
stationären Einsatz bei einer transluzenten Gebäudefassade zur gezielten Beleuchtung
eines Innenraumes mit wenigstens zwei transluzenten optischen Elementen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgebildet, dass die optischen Elemente derart
linear oder arrayförmig nebeneinander angeordnet sind, dass die Lichtaustrittsseiten
der einzelnen optischen Elemente voneinander beabstandet sind, und dass in dem sich
zwischen den Lichtaustrittsseiten ausbildenden Zwischenbereich ein lichtreflektierendes
oder wenigstens partiell lichtabsorbierendes Mittel vorgesehen ist.
[0013] Durch das Vorsehen der lichtreflektierenden bzw. wenigstens partiell oder teilweise
lichtabsorbierenden Mittel, nicht wie im Falle der deutschen Offenlegungsschrift DE
196 13 222 A1 unmittelbar im Bereich der Lichtaustrittsseite, sondern in den Zwischenbereichen,
die von den jeweiligen Lichtaustrittsseiten der linear bzw. arrayförmig angeordneten
optischen Elementen eingeschlossen werden, wird eben jenes Licht gezielt ausgeblendet,
das auf die Lichteintrittsseite der einzelnen optischen Elemente aus dem zweiten Raumwinkelbereich
einfällt. Licht, das hingegen innerhalb des ersten Raumwinkelbereiches auf die jeweilige
Lichteintrittsseite der optischen Elemente eintrifft, gelangt nahezu ungehindert zur
Lichtaustrittsseite, an der es entsprechend aus dem optischen Element austreten kann.
Somit ist gewährleistet, dass das optische Element zumindest an den Flächen der Lichtaustrittsseite
vollständig durchsichtig ist, sofern vorausgesetzt ist, dass die Lichteintrittsseite
als auch -austrittsseite eben und parallel ausgebildet sind.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0014] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben.
Es zeigen:
- Figur 1
- Längsschnitt durch vier linear nebeneinander angeordnete optische Elemente,
- Figur 2
- Darstellung zum Stand der Technik,
- Figur 3
- Darstellung zum Stand der Technik,
- Figur 4
- schematische Darstellung zur Durchsicht,
- Figur 5
- optische Elemente mit transparentem Zusatzkörper,
- Figur 6
- optische Elemente mit optisch transparentem Zusatzkörper mit reliefartig ausgebildeten
Strukturen,
- Figur 7
- optische Elemente mit bewegbarem Zusatzkörper,
- Figur 8
- spiegelbildliche Anordnung von optischen Elementen,
- Figur 9
- schematisierte Darstellung zur Beleuchtung des Innenraums eines Atriums sowie
- Figur 10
- optische Elemente in Kontakt zu einem lichtleitenden Körper.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
[0015] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch vier linear nebeneinander angeordneten optischen
Elemente C, deren Lichteintrittsseiten A jeweils in einer einheitlichen Ebene liegen.
Den Lichteintrittsseiten A gegenüberliegend sind freie Lichtaustrittsseiten D angeordnet,
die verglichen zum Stand der Technik keine lichtabsorbierende Schicht aufweisen. Vielmehr
sind in den Zwischenbereichen zwischen den Lichtaustrittsseiten D lichtabsorbierende
bzw. reflektierende Mittel, bspw. in Form von Blenden BL vorgesehen, die Licht, das
von Seiten der Lichteintrittsseite auf die Blenden BL fällt, absorbieren bzw. in den
Lichteintrittsraum wieder zurück reflektieren. Insbesondere trifft dies für jene Lichtanteile
zu, die auf die Lichteintrittsseiten der optischen Elemente aus dem zweiten Raumwinkelbereich
einfallen. Fällt hingegen Licht innerhalb des ersten Raumwinkelbereiches, also aus
dem Bereich B (siehe Figur 2), auf die optischen Elemente ein, so werden diese Lichtanteile
durch das optische Element nahezu verlustfrei transmittiert. Der wesentliche Vorteil
der in Figur 1 dargestellten optischen Elemente ist die Möglichkeit der direkten Durchsicht
durch die optischen Elemente zumindest im Bereich ihrer Lichtaustrittsflächen D. In
Figur 4 geht dieser Zusammenhang graphisch hervor. Bei vertikaler Anordnung einer
Vielzahl arrayförmig angeordneter optischer Elemente bspw. innerhalb eines Fensterelementes,
ist es für einen Betrachter im Innenraum I möglich, durch die Lichtaustrittsseiten
der jeweiligen optischen Elemente nach außen zu sehen (Durchlassbereich). Fällt hingegen
Sonnenlicht von außen auf die Lichteintrittsseiten der optischen Elemente innerhalb
des zweiten Raumwinkelbereiches, dem sogenannten Ausbelendbereich, so wird dieses
Sonnenlicht durch die Präsenz der Blenden BL ausgeblendet.
[0016] In Figur 5 ist eine weiter Ausführungsform für eine lineare oder arrayförmige Anordnung
bestehend aus einer Vielzahl optischer Elemente C dargestellt. Die einzelnen optischen
Elemente C verfügen über eine einheitliche Lichteintrittsseite A und sind mit ihren
jeweiligen Lichtaustrittsseiten mit einem transparenten Trägersubstrat T verbunden.
Das vorzugsweise plattenförmig ausgebildete, optisch transparente Trägersubstrat T,
das vorzugsweise einstückig mit den optischen Elementen C verbunden ist, weist an
seiner den optischen Elementen abgewandte Seite eine ebene, plane Oberfläche T1 auf.
Zusammen mit der ebenfalls plan ausgebildeten Lichteintrittsseite A ist zumindest
im Bereich der Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen Elemente C der direkte
Durchblick durch die optische Anordnung gegeben.
[0017] In den Zwischenräumen, in denen die Blenden BL vorgesehen sind, sind Lufteinschlüsse
L vorgesehen, sofern die Anordnung arrayförmig ausgebildet ist. Die Blenden BL selbst
weisen vorzugsweise an ihrer der Lichteintrittsseite zugewandten Oberfläche eine reflektierende
Schicht auf, so dass das auf diese einfallende Sonnenlicht wieder in den Eintrittshalbraum
zurück reflektiert wird. Demgegenüber kann die innenraumseitig zugewandte, sichtbare
Fläche N der Blenden BL individuell farblich gestaltet sein, so dass zum einen die
optische Attraktivität der gesamten optischen Anordnung verbessert wird und überdies
die Durchsichteigenschaften von innen nach außen verbessert werden können.
[0018] Zur individuellen Lichtweiterleitung von aus dem ersten Raumwinkelbereich, dem Durchlassbereich,
auf die optischen Elemente einfallenden Lichtes in den Innenraum ist die transparente
Trägerstruktur T an ihrer dem Innenraum zugewandten Seite vorzugsweise mit Oberflächenstrukturen
S gemäß Figur 6 ausgebildet. Die Oberflächenstrukturen S vermögen das durch die Lichtaustrittsseiten
in das Trägersubstrat T einfallende Licht gezielt in den Innenraum weiter zu führen,
bspw. zu Zwecken gezielter optischer Raumbeleuchtung.
[0019] Die Einsatzmöglichkeiten der optischen Elemente können auch dadurch erweitert werden,
dass die in den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 5 und 6 dargestellte Trägerstruktur
T mit Blenden BL versehen ist, die beispielsweise als opake Oberflächenstreifen ausgebildet
sind, wobei die Trägerstruktur T als bewegliches Element O ausgeführt ist (siehe hierzu
Figur 7).
[0020] Durch die beweglich ausgebildete Trägerplatte T ergeben sich grundsätzlich zwei Anwendungsmöglichkeiten:
[0021] Sind die Blendenbereiche BL in Form und Größe an die Zwischenräume zwischen den einzelnen
Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen Elemente angepasst und entsprechen darüber
hinaus den Lichtaustrittsseiten D der einzelnen optischen Elemente C, so kann durch
Verschieben des Elementes O beispielsweise um eine Periode der Winkelbereich umgeschaltet
werden, innerhalb dem die auf das optische Element einfallende Strahlung reflektiert
wird, d. h. das Transmissionsverhalten des optischen Elementes kann durch Verschieben
der Blenden in den Bereich der einzelnen Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen
Elemente umgekehrt werden.
[0022] Ferner kann im Falle einer schmäleren Ausführung der Blenden BL als der jeweilige
Zwischenbereich bei entsprechender Verschiebung das Element O gegenüber den Lichtaustrittsseiten
eine gezielte Ausblendung der Direktstrahlung bei gesteigerter Diffuslichttransmission
erreicht werden, zumal die Strahlung in einem bestimmten Winkelbereich weitgehend
fokussiert auf die Lichtaustrittsseiten der jeweiligen optischen Elemente einfällt.
[0023] Da die räumliche Verteilung der auf die Blenden BL auftreffenden Lichtintensität
sowie auch die Rückstrahlung in den Außenraum mit Änderung der Einstrahlrichtungen
variiert, kann durch gezieltes Aufbringen beispielsweise eines Farbstreifencodes auf
die Blenden BL eine richtungsabhängige Farbwirkung erzielt werden. Auf diese Weise
kann sowohl die Außenraumwirkung als auch die Innenraumwirkung einer Fassade richtungsabhängig
veränderlich farblich gestaltet werden.
[0024] Bei einer diffusen Einstrahlung ist das Erscheinungsbild der Fassade von außen stark
von der Blickrichtung des Betrachters abhängig. Bei direkter Sonneneinstrahlung wird
die Außenwirkung der Fassade innerhalb des Ausblendbereiches vom relativen Einstrahlungswinkel
zur optischen Achse jedes einzelnen optischen Elementes bestimmt. Dieser Effekt kann
beispielsweise dazu genutzt werden, dass bei nicht vollkommen absorbierenden bzw.
opaker Belegung der Blenden BL im Innenraum eine mit dem Sonnenstand veränderlich
Farbwirkung der Elemente erzeugt werden kann. Gleichermaßen kann die Farbtemperatur
im Innenraum durch die Winkelstellung der Elemente zur Sonne eingestellt werden. Die
farbliche Veränderung kann auch dazu dienen, die richtige Stellung der Elemente zur
Sonne zu überprüfen oder als Regelkriterium für eine automatische Steuerung genutzt
werden. Darüber hinaus kann die farbliche Gestaltung bewusst als gestalterisches Element
eingesetzt werden, das die Innen- und Außenwirkung der Fassade prägt und einen Bezug
zwischen Betrachtungsort, Blickrichtung und äußeren Lichtverhältnissen erzeugt.
[0025] Grundsätzlich ist es möglich, die linear oder arrayförmig angeordneten optischen
Elemente als horizontales oder vertikales Lamellensystem auszubilden, flächig in Fassaden
oder in Dächern, Vordächern und sonstigen Überdachungen zu integrieren. Der Einsatz
im Innen- und Außenbereich, im Zwischenraum von Doppelfassaden oder auch die Integration
im Scheibenzwischenraum von Isolierverglasungen ist möglich.
[0026] Figur 8 zeigt eine weitere Kombinationsmöglichkeit der optischen Elemente C. Das
gemäß Figur 1 ausgebildete Element ist mit einem weiteren optischen Element C in spiegelbildlicher
Anordnung wie dargestellt kombiniert. Auf diese Weise gelangt Licht, das einerseits
über die Lichteintrittsseite A aus dem ersten Raumwinkelbereich B in das Innere der
optischen Anordnung einfällt, andereseits über die Lichteintrittsseite A' im ersten
Raumwinkelbreich B' aus der Anordnung wieder aus.
[0027] In Figur 9 ist eine konkrete Anwendungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung
für die Innenraumbeleuchtung eines Atriums dargestellt. Bei der energetischen Optimierung
eines zwischen zwei Gebäuden 1 liegenden überdachten Atriums 2 besteht die Aufgabenstellung
oft darin, einerseits die direkten Strahlungsanteile abzublocken, um die Überhitzung
im Innenraum zu vermeiden, und andererseits genug Diffuslicht zur Beleuchtung hindurch
zu lassen. Durch Einsatz des erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Elementes in
der Dachfläche des Atriums 2 kann dies gewährleistet werden, indem das optische Element
derart ausgerichtet wird, dass die auftretenden Sonnenwinkel nicht oder wenigstens
außerhalb des Durchlassbereiches bzw. des ersten Raumwinkelbereiches liegen.
[0028] Das hindurchtretende Zenithlicht, das aus Winkelbereichen innerhalb des Durchlassbereiches
auf das Element trifft, wird weitgehend transmittiert und tritt auf der Lichtaustrittsseite
im Bereich 4 diffus aus.
[0029] Um das Transmissionsverhalten des erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Elementes
zu verbessern, ist wie bereits vorstehend in einigen Ausführungsbeispielen angegeben,
die Lichtaustrittsseite jedes einzelnen optischen Elementes mit einem weiteren optisch
transparenten Körper, beispielsweise der Trägerstruktur T verbunden. Durch eine derartige
optische Ankopplung kann das transmittierte Licht zusätzlich in einer Art umgelenkt
werden, die bestimmten Beleuchtungssituationen angepasst ist.
[0030] So ist es beispielsweise möglich, dass das Licht unter Verwendung der in Figur 8
dargestellten Anordnung zur Beleuchtung des Innenraums des Atriums gemäß Figur 9,
das im Durchlassbereich auf die optischen Elemente einfällt, nach unten durch die
optische Anordnung gemäß Figur 8 transmittiert, wodurch der Boden des Atriums im Kegelbereich
4 stärker beleuchtet wird. Verwendet man hingegen eine optische Elementanordnung gemäß
der Ausführungsform der Figur 6, bei der die Trägerstruktur T geeignete Umlenkstrukturen
S aufweist, so wird das transmittierte Licht derart umgelenkt, dass es eher unter
einem flachen Winkel austritt. Für die in Figur 9 dargestellte Beleuchtungssituation
bedeutet dies, dass die Innenfassaden des Atriums 3 stärker beleuchtet werden.
[0031] Eine weitere vorteilhafte Verwendungsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten optischen
Elementes ist in Figur 10 wiedergegeben. Hierbei ist das erfindungsgemäße optische
Element C in einer Vielfachlinearanordnung gegenüber einer optischen Leiterplatte
LE angeordnet. Das Licht wird durch die optische Leiterplatte LE im Wege der Totalreflexion
an ihren Oberflächen umgelenkt und geführt. Durch die unmittelbar an der Oberfläche
der Lichtleiterplatte LE anliegenden, mit einer Reflexionsschicht überzogenen Blenden
BL können auch jene Lichtanteile in die Lichtleiterplatte LE zurück geworfen werden,
die den Totalreflexionswinkel überschreiten. Vorzugsweise sind bei der in Figur 10
dargestellten Anordnung die Blenden BL nicht optisch an die Oberfläche der Lichtleiterplatte
LE gekoppelt, um die Totalreflexion für flachere Winkel erhalten zu können. An jenen
Flächen, an denen die optischen Elemente mit ihren Lichtaustrittsseiten an die Oberfläche
der Leiterplatte LE ankoppeln, kann Licht aus dem Lichtleiter gezielt austreten. Die
in das Innere der optischen Elemente einfallenden Lichtstrahlen erfahren durch Totalreflexion
an den gekrümmten Seitenwänden der optischen Elemente eine entsprechende Umlenkung
zur Flächennormalen NO. Durch diese Anordnung kann gezielt Licht aus einer Lichtleiterplatte
LE bzw. einem lichtleitenden Material ausgekoppelt werden.
[0032] Das Element kann auch ohne Lichtleiter als Entblendungsraster verwendet werden, indem
es direkt vor einer Lichtquelle angeordnet wird.
Bei dieser Anwendung sind nicht nur lineare, sondern auch besonders 3d-Strukturen
(rotationssymmetrisch, kreuzweise verschnitten) sinnvoll.
Bezugszeichenliste
[0033]
- A
- Lichteintrittsseite
- B
- erster Raumwinkelbereich = Durchlassbereich
- BL
- Blende
- C
- optisches Element
- D
- Lichtsaustrittsseite
- E
- Beschichtung
- F
- Fensterfassade
- L
- Lufteinschluss
- LE
- Lichtleiterplatte
- T
- Trägerplatte, Trägersubstrat
- T1
- Oberseite der Trägerplatte
- N
- Blendenoberfläche
- NO
- Flächennormale
- 1
- Gebäude
- 2
- Atrium
- 3
- Innenseite des Gebäudes
- 4
- zentraler Lichtkegel
- 5
- Seitenbereich
1. Vorrichtung zur Lichtumlenkung sowie -ausblendung für den stationären Einsatz bei
einer transluzenten Gebäudefassade zur gezielten Beleuchtung eines Innenraumes mit
wenigstens zwei transluzenten optischen Elementen, die jeweils eine eben ausgebildete
Lichteintrittsseite aufweisen sowie eine Lichtaustrittsseite vorsehen, die von einer
ersten gekrümmten Grenzfläche sowie zumindest von einer zweiten Grenzfläche begrenzt
ist, wobei die Krümmung der ersten Grenzfläche derart ausgebildet ist, dass Lichtstrahlen,
die aus einem ersten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite auftreffen und
in das optische Element einkoppeln im Wege der Totalreflexion an der ersten Grenzfläche
auf den Bereich der zweiten Grenzfläche konzentriert werden und dass Lichtstrahlen,
die aus einem zweiten Raumwinkelbereich auf die Lichteintrittsseite auftreffen und
in das optische Element einkoppeln durch die erste Grenzfläche aus dem optischen Element
austreten,
dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente derart linear oder arrayförmig nebeneinander angeordnet sind,
dass die Lichtaustrittsseiten der einzelnen optischen Elemente voneinander beabstandet
sind, und dass in dem sich zwischen den Lichtaustrittsseiten ausbildenden Zwischenbereich
ein lichtreflektierendes oder wenigstens partiell lichtabsorbierendes Mittel vorgesehen
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Blende ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein transluzentes Trägersubstrat ist, auf dessen Oberseite in Form und
Größe an den Zwischenbereich angepaßt wenigstens ein lichtreflektierender oder wenigstens
ein partiell lichtabsorbierender Schichtbereich aufgetragen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das transluzente Trägersubstrat einstückig mit den Lichtaustrittsflächen verbunden
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat eine den optischen Elementen abgewandte Oberseite aufweist, die
eben oder strukturiert ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein transluzentes Flächenelement ist, das in Form und Größe an den Zwischenbereich
angepaßt, wenigstens einen lichtreflektierenden oder wenigstens partiell lichtabsorbierenden
Bereich aufweist, und dass das Flächenelement gegenüber der Lichtaustrittsflächen
der optischen Elemente verschiebbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Größe des Zwischenbereiches gleich der Form und Größe der Lichtaustrittsseiten
ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Größe des Zwischenbereiches kleiner der Form und Größe der Lichtaustrittsseiten
ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der lichtreflektierender oder der wenigstens partiell lichtabsorbierende Schichtbereich
eingefärbt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der lichtreflektierende oder der wenigstens partiell lichtabsorbierende Bereich eingefärbt
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einfärbung graduell erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einfärbung stufenweise, mit aus mehreren angrenzenden Farben erfolgt.
13. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Innenraumbeleuchtungsmittel,
das derart in eine transluzente Gebäudefassade integriert ist, dass das direkte Sonnenlicht
nicht in den ersten Raumwinkelbereich, sondern lediglich aus dem zweiten Raumwinkelbereich
auf die Lichteintrittsseite einfällt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass an den Lichtaustrittsseiten der optischen Elemente spiegelbildlich weitere optische
Elemente mit ihren jeweiligen Lichtaustrittsseiten angeordnet sind.
15. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 14 als Innenraumbeleuchtungsmittel, das derart
in eine transluzente Gebäudefassade integriert ist, dass das in den ersten Raumwinkelbereich
auf die Lichteintrittsseite der zur Sonne gerichteten optischen Elemente einfallende
Licht durch die Anordnung der optischen Elemente hindurchtritt und aus den Lichteintrittsseiten
der der Sonne abgewandten optischen Elemente in gleicher Weise innerhalb ihres ersten
Raumwinkelbereiches austritt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsseiten der optischen Elemente optisch an eine Oberfläche eines
lichtleitenden Körpers gekoppelt ist.