DE102013106158A1

DE102013106158A1 - Linse zur asymmetrischen Beleuchtung eines Bereichs

Info

Publication number: DE102013106158A1
Application number: DE102013106158A
Authority: DE
Inventors: John R. Householder; Henning Dieker
Original assignee: Vossloh Schwabe Lighting Solutions GmbH and Co KG; Universal Lighting Technologies Inc
Current assignee: Vossloh Schwabe Lighting Solutions GmbH and Co KG; Universal Lighting Technologies Inc
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2013-12-19
Also published as: US20140016326A1; US9234650B2

Abstract

Eine Linse zur Abgabe von Licht von einem Emitter in einem gewünschten asymmetrischen Beleuchtungsprofil weist einen Linsenkörper mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite auf. Die Eingangsseite empfängt Licht von einem Emitter und die Ausgangsseite enthält eine große innere Totalreflexionsfläche und eine Brechungsfläche. Eine dem Emitter zugeordnete Primäremissionsachse ist durch den Linsenkörper gebildet und eine Querreferenzebene ist parallel zu der Primäremissionsachse angeordnet. Eine gewünschte Beleuchtungszone ist auf einer ersten Seite der Referenzebene angeordnet und eine gewünschte Dunkelzone ist auf einer zweiten Seite der Referenzebene angeordnet. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die innere Totalreflexionsfläche vollständig auf der ersten Seite der Referenzebene angeordnet. Bei zusätzlichen Ausführungsbeispielen enthält die innere Totalreflexionsfläche eine Mehrzahl von im Wesentlichen ebenen benachbarten longitudinalen Fasen.

Description

Ein Teil dieser Offenbarung dieser Patentanmeldung enthält Material, das urheberrechtlich geschützt ist. Der Urheberrechtsinhaber hat keine Einwände gegen die Vervielfältigung des Patentdokuments oder der Patentoffenbarung, wie sie in den Akten oder Aufzeichnungen des US Patent- und Markenamtes enthalten ist, behält sich ansonsten aber alle Urheberrechte gleich welcher Art.
VERWEIS AUF VERBUNDENE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Rechte aus der vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 61/659,828, angemeldet am 14. Juni 2012 mit dem Titel Linse zur Beleuchtung eines asymmetrischen Bereichs mit verbesserter Gleichförmigkeit, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
STELLUNGNAHME BETREFFEND FÖDERAL GEFÖRDERTE FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG

Nicht zutreffend.

BEZUGNAHME AUF EINEN ANHANG MIT ABLAUFDIAGRAMM- ODER COMPUTERPROGRAMM-AUSDRUCK

Nicht zutreffend.

HINTERGRUND DER ERFINDERUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Beleuchtungsprodukte und insbesondere optische Linsenvorrichtungen, Beleuchtungssysteme und zugehörige Verfahren, um Licht in einer Umgebung asymmetrisch zu verteilen.
Herkömmliche Beleuchtungsprodukte zum Beleuchten von Umgebungen weisen typischerweise eine Lichtquelle, wie eine Glühbirne oder eine Leuchtdiode (LED) und eine Linse auf. Licht der Lichtquelle wird in einem gewünschten Muster durch die Linse in der Umgebung verteilt. In vielen Anwendungen ist es im Allgemeinen gewünscht, das Licht in einem asymmetrischen Profil abzustrahlen, so dass mehr Licht durch die Linse in eine gewünschte Richtung abgestrahlt wird und weniger Licht in nicht-bevorzugte Richtungen verteilt wird. Solche Anwendungen zur asymmetrischen Beleuchtungen umfassen Straßenbeleuchtungen, bei denen es wünschenswert ist, den Anteil des Lichts, der auf die Straße gerichtet ist, zu maximieren, aber den Anteil des Lichts, der von der Straße weg auf benachbarte Häuser und Gebäude gerichtet ist, zu minimieren. Eine Vielzahl anderer Anwendungen, bei denen durch Kombinationen von Lichtquelle und Linsen asymmetrische Beleuchtungsprofile gewünschte sind, sind im Allgemeinen im Fachgebiet bekannt, sowohl für Innen-, als auch für Außenwendungen.
Eine asymmetrische Lichtverteilung kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Zum Beispiel weisen herkömmliche Geräte zum Abstrahlen von Licht in einer gegebenen Richtung mechanische Reflektoren oder Schirme auf, die die Lichtstrahlen auffangen und diese Lichtstrahlen in eine gewünschte Richtung umlenken. Reflektoren haben oft polierte Oberflächen, um den Reflexionsgrad der Oberfläche zu verbessern und das einfallende Licht effizienter zu reflektieren. Jedoch sind Reflektoren häufig unpassend für viele Anwendungen zum asymmetrischen Beleuchten, weil sie Photonen absorbieren und die Beleuchtungseffizienz reduzieren. Außerdem können Reflektoren während der Verwendung heiß, beschädigt oder verstellt werden, was zu unausgeglichen Lichtverteilungsprofilen führt. Reflektoren können hinsichtlich der Herstellung und der Ausrichtung im Bereich der Massenproduktion teuer sein.
Andere haben versucht, die Probleme der effizienten Lichtverteilung mit einem asymmetrischen Profil zu lösen, in dem geformte Linsen über einen Emitter angeordnet wurden. Die geformten Linsen können transparentes oder halbtransparentes Material enthalten, das eine oder mehrere äußere Brechungsflächen aufweist. Emittiertes Licht durchläuft das Linsenmaterial und wird beim Kontakt mit der externen Brechungsfläche in eine gewünschte Richtung umgelenkt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent 7 618 163 eine Linse zur Abdeckung einer LED-Vorrichtung zur Beleuchtung zu einer bevorzugten Seite hin, unter Verwendung einer äußeren Brechungsfläche. Gleichermaßen offenbart US-Patent 6 837 605 eine Beleuchtungsoptik zur asymmetrischen Lichtbrechung des die Optik durchlaufenden Lichts.
Ein Problem mit herkömmlichen asymmetrischen Linsenvorrichtungen ist die Verwendung von hauptsächlich äußeren Brechungsflächen, um das Licht asymmetrisch zu verteilen. Die Verwendung von Brechungsflächen erfordert bei der Mehrzahl der Lichtsteuerungen häufig zusätzliche mechanische Schirme oder Reflektoren, um Licht eines Beleuchtungssystems abzublocken, das ungewollt zu einer gewünschten Dunkelzone oder Hausseite gelenkt wurde. Als solche können herkömmliche Systeme zwei Komponenten benötigen – eine hauptsächlich lichtbrechende Linse und einen mechanischen Schirm oder Reflektor – um eine zufrieden stellende asymmetrische Lichtverteilung zu errechen. Außerdem erreichen herkömmliche asymmetrische Linsenvorrichtungen keine optimale Effizienz und minieren ungewollt in gewünschte Dunkelzonen gerichtete Lichtemissionen nicht.
Was daher benötigt wird, sind Verbesserungen bei Beleuchtungseinrichtungen, optischen Linsen und zugehörigen Verfahren für asymmetrische Bereiche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Linse zum Abdecken eines Lichtemitters und zur Bereitstellung einer asymmetrischen Lichtverteilung in einem Beleuchtungsbereich. Die Linse enthält einen Basisteil, der eine Eingangsseite, in die Licht vom Emitter einfällt, und eine Ausgangsseite aufweist, aus der übertragenes Licht von der Linse emittiert wird. Die Ausgangsseite enthält eine innere Totalreflexionsfläche (TIR), die dazu eingerichtet ist, auf diese Oberfläche einfallendes Licht in einen gewünschten Beleuchtungsbereich zu reflektieren.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine optische Linsenvorrichtung zur Verteilung des Lichts eines Lichtemitters bereit. Die Vorrichtung enthält einen Linsenkörper, der eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist. Der Linsenkörper enthält eine hauptsächlich lichtbrechende Ausgangsfläche, die an der Ausgangsseite angeordnet ist und eine innere Totalreflexionsfläche, die an der Ausgangsseite angeordnet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt die vorliegende Erfindung eine optische Linsenvorrichtung zur asymmetrischen Verteilung des Lichts von einem Emitter in einen gewünschten Beleuchtungsbereich und weg von einer gewünschten Dunkelzone zur Verfügung. Die Vorrichtung enthält einen Linsenkörper mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite. Eine Primäremissionsachse erstreckt sich durch den Linsenkörper von der Eingansseite zu der Ausgangsseite. Die Primäremissionsachse ist der Hauptbeleuchtungsrichtung des Emitters zugeordnet. Eine innere Totalreflexionsfläche ist an dem Linsenkörper vorhanden. Die innere Totalreflexionsfläche ist dazu eingerichtet, das gesamte übertragene Licht, das auf die innere Totalreflexionsfläche eingestrahlt wird, in eine gewünschte Beleuchtungsregion zu reflektieren.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine Beleuchtungsvorrichtung zur asymmetrischen Verteilung von Licht in eine Umgebung zu einem gewünschten Beleuchtungsbereich und weg von einer gewünschten Dunkelzone zur Verfügung. Die Vorrichtung enthält einen Emitter und eine auf dem Emitter angeordnete optische Linse. Die optische Linse enthält eine innere Totalreflexionsfläche und eine Brechungsfläche, wobei die innere Totalreflexionsfläche dazu eingerichtet ist, das gesamte Licht, das auf die Totalreflexionsfläche einfällt, in den gewünschten Beleuchtungsbereich zu reflektieren.
Es ist außerdem ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine optische Linse zur asymmetrischen Verteilung von Licht in einer Straßenbeleuchtungsanwendung bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Weitbereichsverteilung des Lichts von einer Lichtquelle, wie etwa einer Leuchtdiode (LED), um einen einheitlich beleuchteten Bereich mit effizienter Abstrahlung in einen bestimmten Bereich bereitzustellen.
Es ist auch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung eine optische Linse bereitzustellen, bei der der Großteil des Lichts, das in einem halbhemisphärischen Sichtfeld eines zugeordneten Emitters abgestrahlt wird, auf eine innere Totalreflexionsfläche einfällt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer optischen Linse, bei der das gesamte Licht, das in einem halbhemisphärischen Sichtfeld eines zugeordneten Emitters abgestrahlt wird, auf eine innere Totalreflexionsfläche einfällt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Beleuchtungsgehäuses mit einem Emitter und einer Linse zur asymmetrischen Lichtverteilung in einen gewünschten Beleuchtungsbereich.
Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine optische Linse bereitzustellen, die mit einem Spritzgusswerkzeugsystem mit geradem Rückzug hergestellt werden kann.
Viele andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten beim Lesen der nachfolgenden Offenbarung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung sofort bewusst.
KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN DARSTELLUNGEN DER ZEICHNUNG
1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht eine perspektivische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels der Linsenvorrichtung gemäß Schnitt 2-2 in 1.
3 veranschaulicht eine perspektivische Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung gemäß Schnitt 3-3 in 1.
4A veranschaulicht eine teilweise Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung aus 1, die eine Emitteraussparung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
4B veranschaulicht eine teilweise Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung aus 1, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen Lichtemitter aufweist, der in der Emitteraussparung angeordnet ist.
4C veranschaulicht eine teilweise Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung aus 1, das ferner Lichtweglinien aufweist, die die Reflexion an der inneren Totalreflexionsfläche und die Brechung an der ersten Brechungsfläche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Basisteils des Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung nach 1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
6 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung mit einer gekrümmten inneren Totalreflexionsfläche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Linsenvorrichtung mit einer Vielzahl von Planflächen an der inneren Totalreflexionsfläche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnung, zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel einer optischen Linsenvorrichtung zur asymmetrischen Lichtverteilung in einem Bereich. Die Linsenvorrichtung ist allgemein dazu eingerichtet, auf oder neben einem Lichtemitter, wie einer Lampe, einer Birne, einer Leuchtdiode (LED) oder einen anderen geeigneten Lichtemitter, angeordnet zu werden. Die Linsenvorrichtung enthält einen Linsenkörper 10, der eine Eingangsseite 14 und eine Ausgangsseite 16 aufweist. Die Eingangsseite 14 enthält die Seite, an der die Lichtquelle angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist eine Emitteraussparung 22 an der Eingangseite 14 des Linsenkörpers 10 gebildet. Die Emitteraussparung 22 stellt einen Bereich zur Anordnung eines Lichtemitters, wie eines LED-Gehäuses, einer Lampe oder einer Birne, zur Verfügung. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Lichtemitter gegen oder in der Nähe der Eingangsseite 14 angeordnet sein, ohne dass eine Emitteraussparung 22 vorhanden ist.
Der Linsenkörper 10 kann mit einem Lichtemitter in verschiedenen Anwendungen, wie etwa Deckenbeleuchtung, Straßenbeleuchtung, Fahrzeugbeleuchtung, Innenbeleuchtung, Außenbeleuchtung oder anderen Beleuchtungsanwendungen verwendet werden, die eine asymmetrische Lichtverteilung erfordern.
Die Ausgangsseite 16 enthält allgemein die Seite des Linsenkörpers 10, von der Licht in die Umgebung verteilt wird. Die Ausgangsseite 16 kann eine komplexe geometrische Form aufweisen, um das gewünschte Beleuchtungsmuster bereitzustellen. Wie in 1 gezeigt, ist die Ausgangsseite 16 bei einigen Ausführungsbeispielen dazu eingerichtet, eine asymmetrische Verteilung des Lichts zu erzielen. Ein Basisteil 12 kann an der Eingangsseite 14 bei einigen Anwendungen angeordnet sein. Der Basisteil 12 stellt eine Struktur für den Linsenkörper 10 bereit, die an einem Substrat oder Beleuchtungskörper angebracht werden kann. Der Basisteil 12 kann in irgendeiner geeigneten Geometrie ausgeführt sein, um an einem entsprechenden Substrat oder einer entsprechenden Befestigung anzugreifen.
Bezug nehmend auf 2 weist die Ausgangsseite 16 bei einigen Ausführungsbeispielen zumindest zwei Hauptmerkmale der Linse auf. Eine konvexe Brechungsfläche 18 ist an der Ausgangsseite 16 angeordnet. Die konvexe Brechungsfläche 18 kann eine erste Brechungsfläche 18a und eine zweite erste Brechungsfläche 18a Licht, das durch den Linsenkörper 10 von einem Emitter zu der Brechungsfläche 18 übermittelt wird, wird von der Brechungsfläche 18 unter einem Winkel abgegeben. Die Brechungsfläche 18 kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine konvexe Form oder Dom-Form aufweisen, um das gebrochene Licht in einen gewünschten Bereich vom Linsenkörper 10 weg abzugeben.
Zusätzlich ragt ein vorspringender Linsenabschnitt, der eine Rippe 28 bildet, von dem Basisteil 12 benachbart zur Brechungsfläche 18 weg. Die Rippe 28 hat allgemein eine Höhe gegenüber dem Basisteil 12, die größer ist, als die Höhe der Brechungsfläche 18. Die Rippe 28 enthält bei einigen Ausführungsbeispielen, wie in den 2 und 3 veranschaulicht, eine lineare untere Kante. Die Rippe 28 enthält bei einigen Ausführungsbeispielen eine innere Totalreflexionsfläche 20, die allgemein von der Brechungsfläche 18 weg orientiert ist. Eine innere Totalreflexionsfläche 20 (TIR) kann als eine Fläche beschrieben werden, von der Licht nach innen, aber nicht nach außen reflektiert wird. Zum Beispiel würde eine innere Totalreflexionsfläche (TIR) 20 am Linsenkörper 10 eine innere Reflexion des zu der Fläche übermittelten Lichts bewirken ohne Licht nach außen von derselben Fläche weg zu brechen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen enthält der Linsenkörper 10 eine Primäremissionsachse 26, die in 4B gezeigt ist und die einem Emitter zugeordnet ist, wenn der Emitter in der Emitteraussparung 22 oder in der Nähe der Eingangsseite angeordnet ist. Zum Beispiel kann eine LED oder ein LED-Gehäuse 100, die bzw. das in der Emitteraussparung 22 angeordnet ist, eine Primäremissionsachse 26 aufweisen, die im Wesentlichen rechtwinklig zu den LED-Substrat 102 orientiert ist. Der Linsenkörper 10 ist derart über dem LED-Gehäuse 100 angeordnet, dass zumindest ein Abschnitt des LED-Gehäuses in der Emitteraussparung 22 aufgenommen ist. Als solche ist die Primäremissionsachse 26 durch den Linsenkörper 10 in der Hauptbeleuchtungsrichtung ausgerichtet. Der Emitter kann ein vorbestimmtes Lichtverteilungsprofil basierend auf den Emittereigenschaften aufweisen. Eine LED kann ein achsensymmetrisches Lichtverteilungsprofil aufweisen, das im Allgemeinen die Form einer Halbkugel oder eine Halbkugelabschnitts aufweist.
Verschiedene Bereiche können in dem Sichtfeld des Emitters und der Linse definiert werden, um das Bestimmen der gewünschten Beleuchtungszonen und der gewünschten Dunkelzonen für Anwendungen mit asymmetrischer Beleuchtung zu unterstützen. Zum Beispiel kann ein Emitter verschiedene Bereiche oder Abschnitte eines Raumes beleuchten und bei Anwendungen mit asymmetrischer Beleuchtung ist es wünschenswert festzulegen, welche Abschnitte zu beleuchten sind.
Eine Referenzebene kann verwendet werden, um Abschnitte des Raumes zur asymmetrischen Beleuchtung zu bestimmen. Der Linsenkörper 10 kann einer Querreferenzebene aufweisen, die sich durch den Linsenkörper erstreckt und allgemein in 3 veranschaulicht ist. Ein Bereich auf einer ersten Seite der Referenzebene kann eine gewünschte Beleuchtungszone sein und ein Bereich auf der zweiten Seite der Referenzebene kann eine gewünschte Dunkelzone sein. In einigen Anwendungen zur asymmetrischen Beleuchtung, wie etwa Straßenbeleuchtung ist es wünschenswert, eine maximale Beleuchtung auf der ersten Seite der Referenzebene und eine minimale Beleuchtung auf der zweiten Seite der Referenzebene bereitzustellen. Die Querreferenzebene kann bei einigen Ausführungsbeispielen koextensiv mit der Primäremissionsachse 26 sein. Alternativ kann die Querreferenzebene auch um eine vorgegebene Distanz zu einer Seite gegenüber der Primäremissionsachse 26 versetzt sein. Ein gewünschte Beleuchtungszone 32 enthält einen Bereich im Raum im Sichtfeld des Linsenkörpers 10, in dem eine stärkere Beleuchtung empfangen werden soll. Dies könnte eine Straße oder einen Gehweg bei einer Straßenbeleuchtungsanwendung umfassen. Zusätzlich ist eine gewünschte Dunkelzone 30 auf der zweiten Seite der Referenzebene gegenüber der gewünschten Beleuchtungszone 32 angeordnet. Die gewünschte Dunkelzone 30 enthält einen Anteil des Sichtfeldes des Linsenkörpers 10 in dem eine geringere Beleuchtung gewünscht ist.
Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, mehr als 90% des durch den Linsenkörper 10 übermittelten Lichts in die gewünschten Beleuchtungszone 32 auf der ersten Seite der Referenzebene abzugeben. Bei einigen Anwendungen ist es gewünscht nahezu 100% des durch den Linsenkörper 10 übermittelten Lichts in die gewünschte Beleuchtungszone 32 abzugeben. Als solche kann die Linse 10 sozusagen ein asymmetrisches Beleuchtungsprofil aufweisen, wobei mehr Licht über den Linsenkörper 10 in die gewünschte Beleuchtungszone 32 übertragen wird und weniger Licht über den Linsenkörper 10 in die gewünschte Dunkelzone 30 übertragen wird.
Wie in den 4B und 4C veranschaulicht, enthält eine gewünschte Dunkelzone 30 bei einigen Ausführungsbeispielen einen Bereich im Raum auf der zweiten Seite der Referenzebene, die sich durch die Primäremissionsachse 26 erstreckt. Die gewünschte Beleuchtungszone 32 enthält einen Bereich im Raum auf einer ersten Seite der Referenzebene, die sich durch die Primäremissionsachse 26 erstreckt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die innere Totalreflexionsfläche 20 vollständig in der gewünschten Dunkelzone 30 angeordnet sein. Als solche kann die innere Totalreflexionsfläche 20 zumindest zwei Funktionen haben. Erstens empfängt die innere Totalreflexionsfläche 20 Licht, das durch den Linsenkörper 10 übertragen wird und reflektiert dieses Licht innen zurück zur gewünschten Beleuchtungszone 32 oder zur Straßenseite bei Straßenbeleuchtungsanwendungen. Zweitens stellt die innere Totalreflexionsfläche 20 eine natürliche Abschirmung des Lichts dar, das auf die gewünschte Dunkelzone 30 zu verläuft oder auf die Häuserseite bei Straßenbeleuchtungsanwendungen. Zum Beispiel kann gegenüber der Achse streuendes Licht durch die innere Totalreflexionsfläche 20 abgekappt oder abgeschirmt werden, um zu verhindern, dass Licht in die gewünschte Dunkelzone 30 eindringt.
Die innere Reflexionsfläche 20 ragt bei einigen Ausführungsbeispielen von dem Basisteil 12 in einer im Wesentlichen rechtwinkligen Orientierung weg. Als solche enthält die innere Totalreflexionsfläche 20 einen Oberflächenabschnitt, der im Wesentlichen parallel zu einer Querreferenzebene orientiert ist, die sich durch die Primäremissionsachse 26 erstreckt. Die innere Totalreflexionsfläche 20 kann verschiedene Gestaltungen aufweisen, was in den 6 und 7 dargestellt ist. In einem ersten, in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel, hat die innere Totalreflexionsfläche 20 ein Oberflächenprofil, das sich leicht zur der Primäremissionsachse 26 hin krümmt, während die Fläche sich vom Basisteil 12 weg erstreckt. Die innere Totalreflexionsfläche 20 endet an einer unteren Kante der Rippe 28 benachbart zu einer sich nach oben erstreckenden zweiten Brechungsfläche 18b (4). Bei einigen Ausführungsbeispielen ist ein spitzer Winkel zwischen der inneren Totalreflexionsfläche 20 und der zweiten Brechungsfläche 18b gebildet. Dieser spitze Winkel unterstützt die innere Totalreflexionsfläche 20 und die Rippe 28 darin, das Abschneiden von nicht-axialem Licht, das zur gewünschten Dunkelzone 30 hin strahlt, zu ermöglichen.
Alternativ enthält die innere Totalreflexionsfläche 20, wie in 7 gezeigt, bei einigen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von im Wesentlichen ebenen benachbarten longitudinalen Fasen 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, usw. Jede longitudinale Fase ist unter einen kleinen Winkel gegenüber seinen benachbarten Fasen ausgerichtet, wodurch ein insgesamt konvexes Oberflächenprofil gebildet ist, das sich leicht auf die Primäremissionsachse 26 hin krümmt. Benachbarte longitudinale Fasen 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, usw. schneiden sich bei einigen Ausführungsbeispielen in im Wesentlichen parallelen Schnittachsen 21a, 21b, 21c, 21d, usw., wie es in 7 gezeigt ist. Die longitudinalen Fasen 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, usw. reflektieren gemeinsam übertragenes Licht zurück zur gewünschten Beleuchtungszone 32.
Die innere Totalreflexionsfläche 20 stellt eine Hauptfläche der Außenseite des Linsenkörpers 10 bereit. Als solche empfängt die innere Totalreflexionsfläche 20 einen erheblichen Anteil des durch den Linsenkörper 10 ursprünglich zu der gewünschten Dunkelzone 30 hin übertragenen Lichts. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die innere Totalreflexionsfläche 20 den überwiegenden Anteil am Oberflächenbereich der Außenseite des Linsenskörpers 10 in dem gewünschten Dunkelzonensektor 30 auf. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist die Oberfläche der inneren Totalreflexionsfläche 20 größer als die Oberfläche der zweiten Brechungsfläche 18a.
Bezug nehmend auf 4C sind Lichtstrahlen veranschaulicht, um eine visuelle Darstellung des Lichtwegs von einem Emitter 100 in die gewünschte Beleuchtungszone 32 oder auf die Straßenseite bei einer Straßenbeleuchtungsanwendung bereitzustellen. Die von dem Emitter 10 emittierten Lichtstrahlen verlaufen allgemein durch den Linsenkörper 10 entweder zu der inneren Totalreflexionsfläche 20 oder zu der Brechungsfläche 18 hin. Mit anderen Worten verlaufen die Lichtstrahlen, die vom Emitter 10 abgestrahlt werden, auf einer der Seiten der Primäremissionsachse 26. Zum Beispiel verläuft eine erste Gruppe von Lichtstrahlen 36a, 36b, 36c, die zu einer ersten Seite der Primäremissionsachse 26 hin emittiert wurden, zu der ersten Brechungsfläche 18a und werden anschließend in die gewünschte Beleuchtungszone 32 gebrochen. Eine zweite Gruppe von Lichtstrahlen 34a, 34b, 34c, die zu einer zweiten Seite der Primäremissionsachse 26 hin emittiert wurden, verläuft zu der inneren Totalreflexionsfläche 20 hin und wird anschließend von der inneren Totalreflexionsfläche 20 zu der gewünschten Beleuchtungszone 32 hin zurückreflektiert. Einige nicht-axiale Lichtstrahlen können sich auch zur zweiten Brechungsfläche 18b auf der zweiten Seite der Primäremissionsachse 26 hin erstrecken und anschließend zurück zur gewünschten Beleuchtungszone 32 hin gebrochen werden, abhängig von der Form und der Orientierung der zweiten Brechungsfläche 18b, sowie dem spitzen Winkel zwischen der inneren Totalreflexionsfläche 20 und der zweiten Brechungsfläche 18b. Die nicht-axialen Lichtstrahlen können durch die untere Kante der inneren Totalreflexionsfläche 20 entlang der unteren Kante der Rippe 28 abgeschirmt werden. Wie in 4C gezeigt, stellt die innere Totalreflexionsfläche 20 bei einigen Anwendungen eine Reflexion von im Wesentlichen dem gesamten auf innere Totalreflexionsfläche 20 einfallenden Licht in die gewünschte Beleuchtungszone 32 bereit. Bei zusätzlichen Ausführungsbeispielen stellt die innere Totalreflexionsfläche 20 eine Reflexion des überwiegenden Teils des vom Emitter 100 auf die innere Totalreflexionsfläche 20 einfallenden Lichts zurück zur gewünschten Beleuchtungszone 32 bereit.
Bezug nehmend auf die 4A und 5 weist der Linsenkörper 10 bei einigen Anwendungen als weiteres Merkmal eine Emitteraussparung 22 auf, die ein im Wesentlichen halbkugelförmiges Profil hat. Die Emitteraussparung 22 kann derart geformt sein, dass sie einem zugeordneten Emitter oder Emittergehäuse, wie etwa einer LED oder einem LED-Gehäuse entspricht. Abhängig von der Form des zugeordneten Emitters, kann die Emitteraussparung 22 jede geeignete entsprechende Form aufweisen. Eine Eingangsfläche 24 ist in der Emitteraussparung 22 gebildet. Die Eingangsfläche 24 stellt eine Oberfläche bereit, durch die vom Emitter 100 emittierte Lichtstrahlen in den Linsenkörper 109 eindringen können. Ein optisches Brechungsmittel kann zur Unterstützung an der Eingangsfläche 24 angeordnet werden, um den von den nachfolgenden Oberflächen notwendigen Aufwand zur Steuerung des Lichts zu reduzieren. Wie in 4A gezeigt, enthält das im Wesentlichen halbkugelförmige Eingangsprofil der Emitteraussparung 22 einen ersten halbhemisphärischen Bereich 24a, der einen ersten Radius aufweist und einen zweiten halbhemisphärischen Bereich 24b, der einen zweiten Radius aufweist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der zweite Radius größer als der erste Radius. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein Absatz 40 (3) zwischen dem ersten und dem zweiten halbhemisphärischen Bereich 24a, 24b gebildet sein. Der Absatz 40 kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein rechtwinkliger Absatz sein und die Eingangsfläche 24 im Inneren der Emitteraussparung 22 stellt eine Brechungsfläche bereit.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann ein Emitter an oder in der Nähe der Eingangsseite 14 an dem Basisteil 12 angeordnet sein, ohne in eine Emitteraussparung 22 eingesetzt zu sein. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann die Eingangsseite 14 des Basisteils 12 im Wesentlichen glatt oder unterbrechungslos sein.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einrichten einer Anordnung zur asymmetrischen Beleuchtung bereit. Das Verfahren enthält: (a) Bereitstellen einer optischen Linse mit einer inneren Totalreflexionsfläche an der Ausgangsseite der Linse; und (b) Anordnen eines Emitters an der Eingangsseite der Linse, so dass das gesamte auf die innere Totalreflexionsfläche einfallende Licht zum gewünschten Beleuchtungsbereich reflektiert wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Beleuchtung einer Straße bereit, enthaltend: (a) Bereitstellen einer optischen LED-Linse mit einer inneren Totalreflexionsfläche, die eine Dunkelzonengrenze im Sichtbereich eines zugeordneten LED-Emitters bildet; (b) Abstrahlen von Licht von der LED in die Linse; und (c) Reflektieren des gesamten auf die innere Totalreflexionsfläche einfallenden Lichts zu dem gewünschten Beleuchtungsbereich.
Daher, obwohl besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einer neuen und nützlichen Linse zur asymmetrischen Beleuchtung eines Bereichs beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass solche Verweise als Beschränkungen des Erfindungsbereiches ausgelegt werden, ausgenommen wie es in den nachfolgenden Ansprüchen ausgeführt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7618163 [0006]
US 6837605 [0006]

Claims

Optische Linsenvorrichtung zur Abgabe von Licht von einem Lichtemitter, aufweisend: einen Linsenkörper, der eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite aufweist; eine Ausgangsbrechungsfläche, die an der Ausgangsseite angeordnet ist; und eine innere Totalreflexionsfläche, die an der Ausgangsseite angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die innere Totalreflexionsfläche eine Mehrzahl von im Wesentlichen ebenen benachbarten longitudinalen Fasen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die longitudinalen Fasen entlang von im Wesentlichen parallelen Schnittachsen schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend: der Linsenkörper enthält eine Primäremissionsachse, die dem Emitter zugeordnet ist, wenn der Emitter in der Emitteraussparung angeordnet ist; eine Querreferenzebene, die sich durch die Primäremissionsachse erstreckt; und eine gewünschte Beleuchtungszone, die auf einer ersten Seite der Referenzebene angeordnet ist und eine gewünschte Dunkelzone, die auf einer zweiten Seite der Referenzebene angeordnet ist, wobei die die innere Totalreflexionsfläche vollständig in der gewünschten Dunkelzone angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend, dass die Emitteraussparung ein im Wesentlichen halbkugelförmiges Profil aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das im Wesentlichen halbkugelförmige Profil einen ersten halbhemisphärischen Bereich mit einem ersten Radius und einen zweiten halbhemisphärischen Bereich mit einem zweiten Radius aufweist, wobei der zweite Radius größer ist als der erste Radius.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Eingangsfläche eine Brechungsfläche ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner aufweisend einen rechtwinkligen Absatz zwischen den ersten halbhemisphärischen Bereich und dem zweiten halbhemisphärischen Bereich in der Emitteraussparung.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Linsenkörper dazu eingerichtet ist, das gesamte aus der Emitteraussparung übermittelte Licht in die gewünschte Beleuchtungszone abzugeben.
Optische Linsenvorrichtung zur asymmetrischen Abgabe von Licht von einem Emitter in eine gewünschte Beleuchtungszone und weg von einer gewünschten Dunkelzone, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Linsenkörper mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite; eine Primäremissionsachse, die durch den Linsenkörper von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite verläuft, wobei die Primäremissionsachse der Hauptbeleuchtungsrichtung des Emitters zugeordnet ist; und eine innere Totalreflexionsfläche an dem Linsenkörper, wobei die innere Totalreflexionsfläche dazu eingerichtet ist, das gesamte auf die innere Totalreflexionsfläche einfallende übertragene Licht in die gewünschte Beleuchtungszone zu reflektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die innere Totalreflexionsfläche eine Mehrzahl von im Wesentlichen ebenen benachbarten longitudinalen Fasen aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich die ebenen, benachbarten longitudinalen Fasen in im Wesentlichen parallelen Schnittachsen scheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend eine an dem Linsenkörper benachbart zur inneren Totalreflexionsfläche angeordnete Brechungsfläche.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Brechungsfläche ein konvexes Profil aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner aufweisend: Eine Querreferenzebene, die sich durch den Linsenkörper im Wesentlichen parallel zu der Primäremissionsachse erstreckt, wobei die gewünschte Beleuchtungszone auf einer ersten Seite der Referenzebene und die gewünschte Dunkelzone auf der zweiten Seite der Referenzebene angeordnet ist, wobei die innere Totalreflexionsfläche vollständig auf der zweiten Seite der Referenzebene angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Referenzebene koextensiv mit der Primäremissionsachse angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Referenzebene gegenüber der Primäremissionsachse versetzt ist.
Beleuchtungsvorrichtung zur asymmetrischen Abgabe von Licht in eine Umgebung zu einer gewünschten Beleuchtungszone hin und von einer gewünschten Dunkelzone weg, wobei die Vorrichtung aufweist: einen LED-Emitter; eine auf dem Emitter angeordnete optische Linse, wobei die optische Linse eine innere Totalreflexionsfläche und eine Brechungsfläche aufweist; und wobei die innere Totalreflexionsfläche dazu eingerichtet ist, das gesamte auf die Totalreflexionsfläche einfallende Licht in die gewünschte Beleuchtungszone zu reflektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner aufweisend: eine Primäremissionsachse, die sich von dem Emitter durch die Linse wegerstreckt; eine Querreferenzebene, die parallel zu der Primäremissionsachse orientiert ist, wobei die gewünschte Beleuchtungszone auf einer ersten Seite der Referenzebene und die gewünschte Dunkelzone auf einer zweiten Seite der Referenzebene angeordnet ist, wobei die innere Totalreflexionsfläche auf der zweiten Seite der Referenzebene angeordnet ist, und wobei die innere Totalreflexionsfläche den überwiegenden Anteil der Außenoberfläche des Linsenkörpers auf der zweiten Seite der Referenzebene einnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die innere Totalreflexionsfläche zwei oder mehr im Wesentlichen ebene longitudinale Fasen aufweist.