DE102008001164A1

DE102008001164A1 - Linsenanordnung

Info

Publication number: DE102008001164A1
Application number: DE102008001164A
Authority: DE
Inventors: Jeyachandrabose Belleville Chinniah; Amir P. W. Bloomfield Fallahi; Edwin M. Saline Sayers; Christopher W. Livonia Gattis
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Varroc Lighting Systems sro
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: US20080259630A1; US7554742B2; DE102008001164B4

Abstract

Eine Linsenanordnung zur Verwendung mit einer Lichtquelle, eine innere Linse und einen lichtlenkenden Abschnitt umfassend. Die innere Linse bündelt durch eine lichtbündelnde Fläche Lichtstrahlen von der Lichtquelle und emittiert mindestens einen Teil der Lichtstrahlen radial durch eine Reihe von Kollimatoren. Bei dem lichtlenkenden Abschnitt kann es sich um eine äußere Linse mit lichtbündelnden Flächen und lichtverteilenden Flächen handeln. Die lichtbündelnden Flächen entsprechen den Kollimatoren und verteilen die Lichtstrahlen durch lichtverteilende Flächen. Bei dem lichtlenkenden Abschnitt kann es sich alternativ um einen äußeren Reflektor handeln. Der Reflektor weist mehrere lichtreflektierende Flächen auf, die den Kollimatoren entsprechen und derart gestaltet sind, dass sie die von den Kollimatoren emittierten Lichtstrahlen reflektieren.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Beleuchtungssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung Linsenanordnungen, die Licht von Lichtquellen wie etwa Leuchtdioden bündeln und lenken.
2. Stand der Technik
Leuchtdioden (LEDs) haben sich schnell zu einer bevorzugten Lichtquelle für Kraftfahrzeugbeleuchtungsanwendungen entwickelt, da sie weniger Energie als andere Formen von Leuchtquellen verbrauchen, aber dennoch eine Lichtausbeute bereitstellen, die für Kraftfahrzeuganwendungen akzeptabel ist. Derzeit werden Mehrfach-Leuchtdioden mit geringer Energieversorgung als Lichtquelle verwendet, um viele der Signalbeleuchtungsanwendungen in Kraftfahrzeugen auszuführen. Die Verwendung mehrerer LEDs in einer einzelnen Anwendung stellt die gewünschten Gestaltungsmotive und die gewünschte Leuchterscheinung bereit. Jedoch erhöht die Verwendung mehrerer LEDs die Komplexität der Elektronik und der Aufbau- und Verbindungstechnik, was die Gesamtkosten des Beleuchtungssystems erhöht.
Um LEDs in Fahrzeuganwendungen zu verwenden, müssen hohe Wirkungsgrade sowohl bei der Bündelung von Licht als auch bei der Lichtverteilung erzielt werden. Deshalb müssen Reflektoren, Linsen und Hohllichtleiter verwendet werden, um das Licht einer oder mehrerer LEDs zu bündeln und zu verteilen. Leider wird bisher bei der Verwendung der Kombination einer LED-Lichtquelle und solcher Reflektoren, Linsen oder Hohllichtleitern das gewünschte Maß an Leuchtstärke nicht effizient erzeugt.
In 1 ist eine Linsenanordnung nach dem Stand der Technik dargestellt und mit 10 bezeichnet. Diese Linsenanordnung 10 ist in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 11/288,518 dargestellt und beschrieben, die dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung gemeinsam übertragen und durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Die Linsenanordnung 10 umfasst einen Mittelbereich 11 und mehrere Finger 12, die sich vom Mittelbereich 11 aus erstrecken. Im Zentrum des Mittelbereichs 11 ist eine Lichtquelle angeordnet, die aus einer LED besteht, welche von einer Nahfeldlinse 13 umgeben ist. Die Nahfeldlinse 13 bündelt das Licht von der LED (nicht dargestellt) und lenkt das Licht seitlich zum Mittelbereich 11 der Linsenanordnung 10 ab. Der Mittelbereich 11 wiederum bündelt und lenkt das Licht in die Finger 12 der Linsenanordnung.
Obwohl die Linse 10 auf der Grundlage ihrer beabsichtigten Gestaltung und ihrer Konstruktion gut funktioniert, ist es wünschenswert, über eine Anordnung zu verfügen, die Licht von der LED in einer kontrollierteren Art und Weise bündelt und lenkt, um bei fortdauernder Kostenminderung die erwarteten erhöhten Anforderungen der Kraftfahrzeugindustrie zu erfüllen.
Angesichts des Vorangegangenen ist offensichtlich, dass ein Bedarf an einem Beleuchtungssystem besteht, das die Anzahl der im Beleuchtungssystem verwendeten LEDs verringert und gleichzeitig bei besserer Richtungssteuerung die Leuchtstärke und die Einfachheit der Herstellung beibehält oder erhöht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Zur Erfüllung des oben genannten Bedarfs sowie zur Überwindung der aufgezählten Nachteile und anderen Beschränkungen des Standes der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine Lichtverteilungsanordnung zur Verwendung mit einer Lichtquelle bereit. Die Linsenanordnung umfasst eine innere Linse mit einer lichtbündelnden Fläche und einer radialen inneren lichtemittierenden Fläche. Die radiale innere lichtemittierende Fläche umfasst mehrere Kollimatoren. Die innere Linse ist derart gestaltet, dass sie durch ihre lichtbündelnde Fläche Lichtstrahlen von der Lichtquelle bündelt und mindestens einen Teil der Lichtstrahlen radial durch die Kollimatoren emittiert. Die Lichtverteilungsanordnung umfasst außerdem einen äußeren lichtlenkenden Abschnitt mit mehreren lichtverteilenden Flächen. Die lichtverteilenden Flächen entsprechen den Kollimatoren und sind derart gestaltet, dass sie die von den Kollimatoren emittierten Lichtstrahlen verteilen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Linsenanordnung bereitgestellt, die eine innere Linse wie oben beschrieben aufweist sowie eine äußere Linse. Die äußere Linse umfasst eine lichtbündelnde Fläche und mehrere lichtverteilende Flächen. Die lichtbündelnde Fläche ist derart gestaltet, dass sie die Lichtstrahlen bündelt, die von den mehreren kollimierenden Merkmalen der ersten lichtemittierenden Fläche der inneren Linse emittiert werden, und dass sie die Lichtstrahlen durch die mehreren lichtverteilenden Flächen verteilt.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die lichtverteilende Anordnung konstruiert wie oben beschrieben, weist aber statt einer äußeren Linse einen äußeren Reflektor auf. Der Reflektor weist mehrere lichtreflektierende Flächen auf und ist derart gestaltet, dass er die Lichtstrahlen reflektiert, die von den kollimierenden Merkmalen der ersten lichtemittierenden Fläche der Linse emittiert werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für Fachleute nach dem Studium der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen und Ansprüche, die dieser Beschreibung beigefügt sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, ohne weiteres ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht einer Lichtanordnung nach dem Stand der Technik.
2A ist eine erste Ausführungsform einer inneren Linse, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.
2B ist eine zweite Ausführungsform einer inneren Linse, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.
3A ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der inneren Linse der 2B.
3B ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der inneren Linse der 2B.
4 ist eine Draufsicht auf die innere Linse der 2B, die die Lichtstrahlen darstellt, die durch die Linse radial auswärts gerichtet werden.
5 ist eine Perspektivansicht der inneren Linse der 2B, die im Zentrum einer äußeren Linse angeordnet ist, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.
6 ist eine Perspektivansicht der inneren Linse der 2B, die im Zentrum einer weiteren Ausführungsform einer äußeren Linse angeordnet ist, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
7 ist eine Perspektivansicht der inneren Linse der 2B, die im Zentrum einer weiteren Ausführungsform einer äußeren Linse gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
8 ist eine Perspektivansicht der inneren Linse der 2B, die im Zentrum noch einer weiteren Ausführungsform einer äußeren Linse angeordnet ist, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
9A ist eine Querschnittsteilansicht der inneren Linse der 3B, die im Zentrum einer Ausführungsform eines äußeren Reflektors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
9B ist eine Perspektivansicht der inneren Linse und des äußeren Reflektors der 9A.
10A ist eine Querschnittsteilansicht einer weiteren Ausführungsform eines äußeren Reflektors, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzt.
10B ist eine Querschnittsteilansicht einer zusätzlichen Ausführungsform eines äußeren Reflektors, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In den 2A und 2B sind die inneren Linsen 20, 120 dargestellt, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umsetzen. Die inneren Linsen 20, 120 bestehen aus einem lichtleitenden Material und bevorzugt aus einem optischen Kunststoff wie Acryl oder Polycarbonat, je nachdem, ob die inneren Linsen 20, 120 zur Verwendung in Hoch- oder Niedrigtemperaturanwendungen ausgelegt sind.
In den 3A und 3B sind Querschnittsansichten von zwei verschiedenen Ausführungsformen der inneren Linse 120 dargestellt. Die innere Linse 120 bündelt das Licht 122, 222 einer Lichtquelle 124, 224 wie etwa einer LED mit einem Öffnungswinkel von bis zu 180 Grad und lenkt das Licht 122, 222 radial aus der Seite 126, 226 der Linse 120 hinaus. Die Lichtquelle 124, 224 kann alternativ eine Gruppe von LEDs oder eine andere Art einer Lichtquelle sein.
Wie in 3A ersichtlich, weist die innere Linse 120 eine lichtbündelnde Fläche auf, die von einer Tasche 128 mit einer offenen Seite 129 gebildet wird. Die Lichtquelle 124 ist in der Tasche 128 angeordnet. Der Klarheit wegen zeigt 3A, dass die Lichtquelle 124 die Lichtstrahlen nur aus einer Seite der Linse 120 heraus projiziert. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Lichtquelle 124 über die gesamten 360 Grad um die Halbkugelform der Lichtquelle 124 herum ein identisches oder nahezu identisches Feld von Lichtstrahlen 122 erzeugt.
Die Tasche 128 wird von einer konischen, axial orientierten Fläche 130 gebildet, die von einer zylindrischen, radial orientierten Fläche 132 umgeben ist. Die axial orientierte Fläche 130 ist leicht konkav dargestellt. In dieser Ausführungsform wirkt die leichte Konkavität der axial orientierten Fläche 130 mit einer abgeschrägten, leicht konvexen reflektierenden Fläche 134 zusammen, um die Lichtstrahlen 122 kollimiert radial aus der inneren Linse heraus zu lenken. Wie aus den 2B und 3A ersichtlich, bildet die reflektierende Fläche 134 eine allgemein gekrümmte kegelförmige Vertiefung in der Linse 120 und ist in der Linse 120 vermittelt, so dass die Spitze der Kegelform axial an der Lichtquelle 124 ausgerichtet ist.
Die Lichtstrahlen werden gelenkt, weil die Lichtquelle 124 in der Tasche 128 der inneren Linse 120 Lichtstrahlen 122 emittiert und mindestens ein Teil dieser Lichtstrahlen 122 auf die axial orientierte Fläche 130 auftrifft. Wenn die Lichtstrahlen 122 die axial orientierte Fläche 130 berühren, werden sie durch die Linse 120 zur reflektierenden Fläche 134 hin gebrochen. Da die Lichtstrahlen 122 in Bezug zur Tangentenebene der reflektierenden Fläche 134 in einem sehr spitzen Winkel auf die reflektierende Fläche 134 auftreffen, werden die Lichtstrahlen 122 total reflektiert. Dies bewirkt, dass die Lichtstrahlen 122 kollimiert radial aus der Seite 126 der Linse 120 heraus reflektiert werden. Mit anderen Worten berühren die Lichtstrahlen 122 die reflektierende Fläche 134 in einem Winkel desjenigen Winkelbereiches, der Totalreflexion bewirkt statt die Brechung durch die reflektierende Fläche 134 zu ermöglichen. Der Winkelbereich, in dem die Lichtstrahlen 122 die Fläche 134 berühren müssen, um total reflektiert zu werden, hängt vom konkreten Material ab, aus dem die Linse besteht, wie ein Durchschnittsfachmann erkennen wird.
Wie ein Durchschnittsfachmann ebenfalls verstehen wird, können die axial orientierte Fläche 130 und die reflektierende Fläche 134 Gestaltungen aufweisen, die sich von den in 3A gezeigten Gestaltungen unterscheiden und diese Gestaltungen können auch eine kollimierte, radiale Ausstrahlung von Lichtstrahlen 122 wie oben beschrieben erzeugen.
Die radial orientierte Fläche 132 der Tasche 128 ist eine gekrümmte, leicht konvexe, abgeschrägte Fläche, wobei die inneren Abschnitte der Fläche 132 radial weiter auswärts angeordnet sind als die Abschnitte der Fläche 132, die an die Öffnung 129 angrenzen. Diese Gestaltung ist solcherart ausgelegt und ausgerichtet, dass sie bewirkt, dass die Lichtstrahlen 122, die auf die radial orientierte Fläche 132 einfallen, kollimiert aus der Linse 120 emittiert werden. Wiederum geschieht dies, weil bei der Emission von Lichtstrahlen 122 durch die Lichtquelle 124 ein Teil dieser Lichtstrahlen 122 auf die radial orientierte Fläche 132 einfällt. Diese Lichtstrahlen 122 werden durch die Linse 120 gebrochen und treten kollimiert aus der Seite 126 der Linse 120 aus.
In 3B ist ein Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Linse 120 gezeigt. Diese Ausführungsform ist von der Konstruktion her identisch mit der Ausführungsform von 2A, mit Ausnahme der Konstruktion der Tasche 228, und der Einfachheit wegen tragen gemeinsame Elemente gemeinsame Bezugszeichen. Dementsprechend weist die innere Linse 120 eine lichtbündelnde Fläche auf, die von der Tasche 228 gebildet wird. Die Lichtquelle 224 ist in der offenen Seite 229 der Tasche 228 angeordnet.
Die Tasche 228 wird von einer axial orientierten Fläche 230 gebildet, die von einer radial orientierten Fläche 232 umgeben ist. Die konkave, axial orientierte Fläche 230 weist im Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie die axial orientierte Fläche 130 von 3A auf und die Erläuterung der axial orientierten Fläche 130 ist durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Die zylindrische, radial orientierte Fläche 232 der Tasche 228 weist eine gerade, sich verjüngende Form auf, wobei die inneren Abschnitte der zylindrischen, radial orientierten Fläche 232 eine Abmessung (Durchmesser) bilden, die kleiner ist als die, die von denjenigen Abschnitten der radial orientierten Fläche 232 gebildet werden, die an die Öffnung 229 der Tasche 228 angrenzen. Infolge dieser Konstruktion bewirkt die radial orientierte Fläche 232, dass die tieferen Lichtstrahlen 223 von der Linse 120 etwas weniger als kollimiert emittiert werden. Dies geschieht, weil bei der Emission von tieferen Lichtstrahlen 223 durch die Lichtquelle 224 (wobei tiefere Lichtstrahlen 223 als Lichtstrahlen definiert sind, die auf die radial orientierte Fläche 232 einfallen und nicht auf die axial orientierte Fläche 230) die tieferen Lichtstrahlen 223 an den Flächen 232, 226 ihre Richtung nur leicht verändern und deshalb an der Seite 226 der Linse 120 in Winkeln austreten, die leicht von der Kollimation abweichen. Mit anderen Worten verlaufen die tieferen Lichtstrahlen 223, die aus der radial orientierten Fläche 232 austreten, weiter durch die Seite 226 der Linse und weisen eine vertikale Neigung auf, wenn sie die Seite 226 der Linse 120 verlassen.
Es ist akzeptabel, wenn die tieferen Lichtstrahlen 223 eine leichte vertikale Abweichung von der Kollimation aufweisen, da die tieferen Lichtstrahlen 223 dennoch im Wesentlichen radial von der Linse weg gelenkt werden. Die Gestaltung der Tasche 228 der 3B erfordert viel einfachere Fertigungsmittel als die Linse 120 von 3A und beseitigt das Problem der Blockierung der Gießform, das bei der Herstellung der Linse von 3A auftreten kann.
Es ist zu beachten, dass ein Durchschnittsfachmann verstehen kann, dass diese Abweichung von der Kollimation bei Bedarf durch Modifizierung des unteren Abschnitts der Seite 226 hin zu einer Korrekturkrümmung korrigiert werden kann oder durch Modifizierung der aufnehmenden Flächen einer beliebigen anderen zweiten äußeren Linse oder eines beliebigen anderen Reflektors der Seite 226.
Zum Beispiel weist die Linse in 3C eine Außenkrümmung 240 auf, um die tieferen Lichtstrahlen 223 zu kollimieren. Insbesondere weist die Linse 120 der 3C eine Tasche 228 auf, die mit der Tasche 228 der 3B im Wesentlichen identisch ist. Somit weist die Linse 120 eine innere axial orientierte Fläche 230 auf, die von einer inneren radial orientierten Fläche 232 umgeben ist. Die innere radial orientierte Fläche 232 weist eine gerade, sich verjüngende Form auf, die die tieferen Lichtstrahlen 223 nicht perfekt kollimiert. Doch weist die Linse 120 der 3C eine Außenkrümmung 240 auf, die die Lichtstrahlen 223 kollimiert. Die innere Linse 120 ist ein Rotationskörper, der um eine Drehachse X symmetrisch ist. Die Drehachse liegt senkrecht zu einer Normalebene N, die planparallel zur offenen Seite 229 der Tasche 228 liegt. Die Außenkrümmung 240 wölbt sich von der Normalebene N einwärts hin zur Drehachse X. Auf diese Weise ist die Außenkrümmung derart gestaltet, dass sie die tieferen Lichtstrahlen 223, die auf die Außenkrümmung 240 einfallen, in eine Richtung lenken, die parallel zur Normalebene N liegt.
Die Außenkrümmung 240 kann andere Gestaltungen aufweisen, ohne vom Geist und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Außenkrümmung 240 einem gewölbten Fuß ähneln, der sich von der Linse 120 aus erstreckt. Somit kann die Außenkrümmung 240 an einem Punkt auf der Normalebene N beginnen, der weiter von der Drehachse X entfernt liegt als die Seite 226, und sich einwärts hin zur Seite 226 der Linse 120 wölben.
In den 2A und 2B sind mehrere kollimierende Merkmale 36, 136 umlaufend um die radialen Seiten der Linsen 20, 120 angeordnet. Die kollimierenden Merkmale 36, 136 können als integraler Bestandteil der Linse 20, 120 geformt sein, wie in den Zeichnungen gezeigt, oder sie können getrennt von der Linse 20 gebildet und an dieser angebracht sein. In 4 ist eine Draufsicht auf die Linse 120 der 2B dargestellt. Wie darin zu sehen ist, werden die Lichtstrahlen 122 radial aus der Linse 120 heraus gelenkt. Die kollimierenden Merkmale 136 sind als zylindrische Abschnitte gestaltet, die sich axial entlang der Seiten der Linse erstrecken. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die kollimierenden Merkmale 136 konvexe, blütenblattförmige Flächenoptiken. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die kollimierenden Merkmale 136 auch andere Gestaltungen aufweisen können, wie etwa konkave, blütenblattförmige Flächenoptiken. Die kollimierenden Merkmale 36, 136 bewirken, dass die Lichtstrahlen 122 als periodische Gruppe kollimierter Strahlen 122 um die Linse 120 herum von dieser emittiert werden und nicht als gleichmäßig um die Linse verlaufende radiale Strahlen, wobei Letzteres die Art und Weise ist, in der die Lichtstrahlen ohne eine Form kollimierender Merkmale 136 emittiert würden.
In 2A kann die innere Linse auch dafür gestaltet sein, Lichtstrahlen 22 axial zu emittieren. Um dies zu erreichen, kann die innere Linse 20 eine kleine runde Scheibenlinse umfassen, die axial direkt über der LED und einem strahlstreuenden Kissen 38 angeordnet ist, das im Zentrum der reflektierenden Fläche 34 konstruiert ist. Mit dieser Gestaltung wird ein Teil der Lichtstrahlen, die von einer in der Tasche der Linse 20 angeordneten Lichtquelle emittiert werden, allgemein axial durch die runde Scheibenlinse und aus dem strahlstreuenden Kissen 38 heraus emittiert. Die übrigen Lichtstrahlen werden im Wesentlichen radial durch die kollimierenden Merkmale 36 emittiert. Auf diese Weise stellt eine einzelne Lichtquelle, die in der Tasche der Linse 20 angeordnet ist, eine dreidimensionale Leuchterscheinung bereit.
In 5 ist eine Linsenanordnung 48 dargestellt. In einem ausgesparten Zentrum 50 einer äußeren Linse 52 ist eine innere Linse 120 wie die in 2B angeordnet. Die äußere Linse 52 ist bevorzugt von der inneren Linse 120 getrennt und verschieden. Die äußere Linse 52 weist mehrere lichtbündelnde Flächen 54 und mehrere lichtverteilende Flächen 56 auf. Die lichtbündelnden Flächen 54 sind derart gestaltet, dass sie die Lichtstrahlen 122, die von den mehreren kollimierenden Merkmalen 136 der inneren Linse 120 emittiert werden, bündeln.
Die lichtbündelnden Flächen 54 entsprechen in der Anzahl den mehreren lichtverteilenden Flächen 56 und sind außerdem derart bereitgestellt, dass sie der Anzahl der kollimierenden Merkmale 136 an der inneren Linse 120 entsprechen. Somit werden die Lichtstrahlen 122 entlang des Umfangs der inneren Linse 120 periodisch kollimiert und zu den lichtbündelnden Flächen 54 gelenkt, die die Lichtstrahlen 122 weiter zu den lichtverteilenden Flächen 56 lenken. Die Lichtstrahlen 122 treten deshalb in die lichtbündelnden Flächen 54 ein und treffen auf die abgeschrägten Wände 60, wo sie total reflektiert und zu den lichtverteilenden Flächen 56 und aus der äußeren Linse 52 heraus gelenkt werden. Auf diese Weise werden die Lichtstrahlen 122 ohne große Abweichung zu den lichtverteilenden Flächen 56 gesandt. Die innere Linse 120 und die äußere Linse 52 sind derart ausgelegt, dass sie einen wesentlichen Teil der von der Lichtquelle 124 emittierten Lichtstrahlen 122 bündeln und die Lichtstrahlen 122 durch die mehreren lichtverteilenden Flächen 56 nach außen verteilen, was der Linsenanordnung das Aussehen mehrerer Lichtquellen gibt, obwohl nur eine einzige LED verwendet wird.
Obgleich hier sechs lichtverteilende Flächen 56 dargestellt sind, wird man erkennen, dass die Anzahl der lichtverteilenden Flächen 56 nach Wunsch und nach Vorgabe der Gestaltungsparameter variiert werden kann. Zusätzlich können die lichtverteilenden Flächen 56 streuende Kissenoptiken oder andere Optiken umfassen. Die Größe der streuenden Kissenoptiken kann je nach den Gestaltungswünschen variiert werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann die äußere Linse 52 statt der mehreren lichtbündelnden Flächen 54 eine einzelne runde lichtbündelnde Fläche ähnlich der von 1 aufweisen. Die einzelne runde lichtbündelnde Fläche ist dann derart gestaltet, dass sie von den Kollimatoren 136 emittiertes Licht 122 bündelt und das Licht 122 durch die lichtverteilenden Flächen 56 verteilt, wobei die lichtverteilenden Flächen 56 derart gestaltet sind, dass sie den Kollimatoren 136 entsprechen.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung 148 dargestellt. Wie in der vorhergehenden, in 5 gezeigten Ausführungsform ist im ausgesparten Zentrum 150 einer äußeren Linse 152 eine innere Linse 120 angeordnet. Die äußere Linse 152 umfasst mehrere lichtbündelnde Flächen 154 und mehrere lichtverteilende Flächen 156. Die lichtbündelnden Flächen 154 sind derart gestaltet, dass sie die von den mehreren kollimierenden Merkmalen 136 der inneren Linse 120 emittierten Lichtstrahlen 122 bündeln, und sie entsprechen demzufolge (in Anzahl und Position) den kollimierenden Merkmalen 136.
In Betrieb treten die Lichtstrahlen 122 in die lichtbündelnden Flächen 154 ein, treffen auf die abgeschrägte Wand 160 und werden durch die Schächte 162 hin zu den entsprechenden lichtverteilenden Flächen 156 total reflektiert. Nach dem Erreichen der lichtverteilenden Flächen 156 werden die Lichtstrahlen 122 von der äußeren Linse 152 emittiert. Wieder wird auf diese Weise einer einzelnen Lichtquelle 24, 124, 224, die in der Tasche 28, 128, 228 der inneren Linse 20, 120 angeordnet ist, das Aussehen von mehreren Leuchten gegeben. Diese Gestaltung kann auch derart bereitgestellt sein, dass sie ein dreidimensionales Aussehen aufweist, da die Schächte 162 in verschiedenen Längen bereitgestellt sein können.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsanordnung 248 dargestellt. Die Beleuchtungsanordnung 248 weist eine innere Linse 120 und eine äußere Linse 252 auf, die wie bereits in Bezug auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, zusammen arbeiten, um der Linsenanordnung 248 mit einer einzelnen LED das Aussehen einer Mehrfachlichtquelle zu geben. Dementsprechend ist die Erläuterung der vorhergehenden Ausführungsformen, soweit sie allgemeine Merkmale betrifft, hierin durch Bezugnahme aufgenommen. In dieser Ausführungsform sind zwei der lichtverteilenden Flächen 256 durch Lichtverteiler oder Hohllichtleiter 264 ersetzt. Wenn die Lichtstrahlen 122 von den blütenblattförmigen kollimierenden Merkmalen 136 der inneren Linse 120 emittiert und von der lichtbündelnden Fläche 254 gebündelt werden, tritt in jeden der Lichtverteiler 264 eine Gruppe der Lichtstrahlen 122 ein. Die Lichtstrahlen 122 in den Hohllichtleitern 264 treffen auf die lichtreflektierenden Flächen 260, die im Inneren und über die Länge der Lichtverteiler 264 angeordnet sind, was bewirkt, dass die Lichtstrahlen 122 zu einer lichtemittierenden Fläche 266 hin total reflektiert und von dort emittiert werden. Wie gezeigt, erstrecken sich die lichtemittierenden Flächen 266 über die Länge der Lichtverteiler 264. Auf diese Weise kann eine einzelne Lichtquelle 24, 124, 224 verwendet werden, um Licht 22, 122, 222 über zahlreiche lichtverteilende Flächen 256 und entlang der Flächen mehrerer Lichtverteiler 264 zu verteilen.
Der Lichtverteiler 264 kann ferner über seine Länge zwischen den lichtreflektierenden Flächen 260 Kerbungen umfassen, die die Lichtstrahlen 122 aus den lichtemittierenden Flächen 266 heraus lenken. Die lichtemittierenden Flächen 266 können ferner Kissenoptiken umfassen, um den endgültigen Lichtstrahl nach Wunsch zu streuen.
In 8 ist eine weitere Beleuchtungsanordnung 348 gezeigt, die in der Konstruktion der Ausführungsform von 7 ähnelt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, dass jede der lichtverteilenden Flächen 256 durch Lichtverteiler 364 mit lichtreflektierenden Flächen 360 und lichtverteilenden Flächen 366 ersetzt ist.
In den 9A–9B ist eine Lichtverteilungsanordnung 400 zur Verwendung mit einer Lichtquelle 224 dargestellt. Die Lichtverteilungsanordnung 400 umfasst eine innere Linse 120, die im Wesentlichen identisch mit der Linse der 3B ist. Als Alternative kann es sich bei der Linse um die Linse der 2A oder 3A handeln oder um eine beliebige andere geeignete Linse.
In der Anordnung 400 werden die Lichtstrahlen 222, wenn sie von den kollimierenden Merkmalen 136 an der Seite 226 der inneren Linse 120 emittiert werden, hin zu einem Reflektor 470 gelenkt (statt zu einer äußeren Linse), der die innere Linse 120 in ähnlicher Weise umgibt wie die äußere Linse der 7. Der Reflektor 470 weist mehrere lichtreflektierende Flächen 472 auf, die Lichtstrahlen 222 reflektieren. Die lichtreflektierenden Flächen 472 sind an den kollimierenden Merkmalen 136 der inneren Linse 120 ausgerichtet, um einen wesentlichen Teil der Lichtstrahlen 222, die von der inneren Linse 120 emittiert werden, zu reflektieren.
In 10A ist ein Querschnitt eines weiteren Reflektors 570 dargestellt. In dieser Ausführungsform weisen die lichtreflektierenden Flächen 572 des Reflektors 570 konkave Formen auf (statt flacher Flächen), die die Strahlstreuung der Lichtstrahlen bewirken, die die lichtreflektierenden Flächen 572 berühren.
10B stellt einen Querschnitt eines weiteren Reflektors 670 dar. In dieser Ausführungsform weisen die lichtreflektierenden Flächen 672 konvexe Formen auf, die die Strahlstreuung der Lichtstrahlen bewirken, die die lichtreflektierenden Flächen 672 berühren.
Wie ein Fachmann ohne weiteres erkennen wird, ist die vorangegangene Beschreibung als eine Veranschaulichung der Umsetzung der Prinzipien dieser Erfindung gedacht. Diese Beschreibung soll den Schutzumfang oder den Anwendungsbereich dieser Erfindung insofern nicht begrenzen, als die Erfindung modifiziert, variiert und verändert werden kann, ohne von dem in den folgenden Ansprüchen definierten Geist dieser Erfindung abzuweichen.

10: Linsenanordnung
11: Mittelbereich
12: Finger
13: Nahfeldlinse
20: innere Linse
22: Lichtstrahlen
24: Lichtquelle
28: Tasche
34: reflektierende Fläche
36: kollimierendes Merkmal
38: strahlstreuendes Kissen
48: Linsenanordnung
50: ausgespartes Zentrum
52: äußere Linse
54: lichtbündelnde Fläche
56: lichtverteilende Fläche
60: abgeschrägte Wände
120: innere Linse
122: Lichtstrahlen
124: Lichtquelle
126: Seite der Linse
128: Tasche
129: offene Seite
130: axial orientierte Fläche
132: radial orientierte Fläche
134: konvexe reflektierende Fläche
136: kollimierendes Merkmal
148: Beleuchtungsanordnung
150: ausgespartes Zentrum
152: äußere Linse
154: lichtbündelnde Fläche
156: lichtverteilende Fläche
160: abgeschrägte Wände
162: Schacht
222: Lichtstrahlen
223: tiefe Lichtstrahlen
224: Lichtquelle
226: Seite der Linse
228: Tasche
229: offene Seite
230: axial orientierte Fläche
232: radial orientierte Fläche
240: Außenkrümmung
248: Beleuchtungsanordnung
252: äußere Linse
254: lichtbündelnde Fläche
256: lichtverteilende Fläche
260: lichtreflektierende Fläche
264: Lichtverteiler, Hohllichtleiter
266: lichtemittierende Fläche
348: Beleuchtungsanordnung
352
360: lichtreflektierende Fläche
364: Lichtverteiler
366: lichtverteilende Fläche
400: Lichtverteilungsanordnung
470: Reflektor
472: lichtreflektierende Fläche
570: Reflektor
572: lichtreflektierende Fläche
670: Reflektor
672: lichtreflektierende Fläche
N: Normalenebene

Claims

Lichtverteilungsanordnung (48, 148, 248, 348, 400) zur Verwendung mit einer Lichtquelle (24, 124, 224), wobei die Anordnung Folgendes umfasst: eine innere Linse (20, 120) mit einer inneren lichtbündelnden Fläche und einer radialen inneren lichtemittierenden Fläche, wobei die radiale innere lichtemittierende Fläche mehrere Kollimatoren (36, 136) umfasst und wobei die innere Linse (20, 120) derart gestaltet ist, dass sie durch die lichtbündelnde Fläche Lichtstrahlen (22, 122, 222) von der Lichtquelle bündelt und mindestens einen Teil der Lichtstrahlen durch die Kollimatoren radial emittiert, und einen äußeren lichtlenkenden Abschnitt (52, 152, 252, 264, 364, 470, 570, 670) mit mehreren lichtverteilenden Flächen (56, 156, 256, 266, 366, 472, 572, 672), wobei die lichtverteilenden Flächen den Kollimatoren (36, 136) entsprechen und derart gestaltet sind, dass sie die von den Kollimatoren emittierten Lichtstrahlen (22, 122, 222) verteilen.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) zur Verwendung mit einer Lichtquelle (24, 124, 224), wobei die Anordnung Folgendes umfasst: eine innere Linse (20, 120) mit einer inneren lichtbündelnden Fläche und einer radialen inneren lichtemittierenden Fläche, wobei die radiale innere lichtemittierende Fläche mehrere Kollimatoren (36, 136) umfasst und wobei die innere Linse (20, 120) derart gestaltet ist, dass sie durch die lichtbündelnde Fläche Lichtstrahlen (22, 122, 222) von der Lichtquelle (24, 124, 224) bündelt und mindestens einen Teil der Lichtstrahlen (22, 122, 222) durch die Kollimatoren (36, 136) radial emittiert, und eine äußere Linse (52, 152, 252, 352) mit mehreren äußeren lichtbündelnden Flächen (54, 154) und mehreren äußeren lichtverteilenden Flächen (56, 156, 256, 266, 366), wobei die lichtbündelnden Flächen den Kollimatoren (36, 136) entsprechen und derart gestaltet sind, dass sie die von den Kollimatoren emittierten Lichtstrahlen (22, 122, 222) bündeln, und wobei die äußere Linse ferner derart gestaltet ist, dass sie die von den äußeren lichtbündelnden Flächen gebündelten Lichtstrahlen durch die äußeren lichtverteilenden Flächen verteilt.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 2, wobei die äußeren lichtbündelnden Flächen (54, 154) in ihrer Anzahl den Kollimatoren (36, 136) der inneren Linse (20, 120) entsprechen.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 3, wobei die äußeren lichtbündelnden Flächen (54, 154) an den Kollimatoren (36, 136) ausgerichtet sind.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 2, wobei die Kollimatoren (36, 136) konvexe radiale Flächen aufweisen.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 2, wobei die innere Linse (20, 120) eine axiale lichtemittierende Fläche (130, 230) umfasst und ferner derart gestaltet ist, dass sie mindestens einen Teil der Lichtstrahlen (22, 122, 222) axial durch die axial lichtemittierende Fläche emittiert.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 2, wobei die innere lichtbündelnde Fläche eine in der inneren Linse (20, 120) gebildete Tasche (28, 128, 228) bildet, wobei die Tasche eine offene Seite (129, 229) aufweist.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 7, wobei die Tasche (28, 128, 228) von einer axialen Fläche (130, 230) gebildet wird, die von einer radialen Fläche (132, 232) umgeben ist.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 8, wobei die axiale Fläche (130, 230) im Allgemeinen konkav ist.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 8, wobei sich die radiale Fläche (132) von der axialen Fläche (130) hin zur offenen Seite (129) der Tasche (128) erstreckt und die radiale Fläche eine nach innen konvexe Rotationsfläche ist.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 8, wobei sich die radiale Fläche (232) von der axialen Fläche (230) hin zur offenen Seite (229) der Tasche (228) erstreckt und die radiale Fläche eine kegelförmige zylindrische Fläche ist.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 2, wobei die äußere Linse (252, 352) mindestens einen Hohllichtleiter (264, 364) mit mehreren lichtreflektierenden Flächen (260, 360) umfasst, die entlang des Hohllichtleiters angeordnet sind.
Lichtverteilungsanordnung 400 zur Verwendung mit einer Lichtquelle (24, 124, 224), wobei die Lichtverteilungsanordnung Folgendes umfasst: eine Linse (20, 120) mit einer lichtbündelnden Fläche und einer radialen lichtemittierenden Fläche, wobei die radiale lichtemittierende Fläche mehrere Kollimatoren (36, 136) umfasst und wobei die Linse (20, 120) derart gestaltet ist, dass sie durch die lichtbündelnde Fläche Lichtstrahlen (22, 122, 222) von der Lichtquelle (24, 124, 224) bündelt und mindestens einen Teil der Lichtstrahlen durch die Kollimatoren radial emittiert, und einen Reflektor (470, 570, 670) mit mehreren lichtreflektierenden Flächen (472, 572, 672), die den Kollimatoren (36, 136) entsprechen, wobei die lichtreflektierenden Flächen derart gestaltet sind, dass sie die von den Kollimatoren emittierten Lichtstrahlen (22, 122, 222) reflektieren.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach Anspruch 13, wobei jede der lichtreflektierenden Flächen (472, 572, 672) des Reflektors (470, 570, 670) an einem der Kollimatoren (36, 126) ausgerichtet ist.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Kollimatoren (36, 136) konvexe radiale Flächen aufweisen.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Linse (20, 120) ferner eine axiale lichtemittierende Fläche umfasst, um mindestens einen Teil der Lichtstrahlen (22, 122, 222) axial zu emittieren.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die lichtbündelnde Fläche eine innerhalb der Linse (20, 120) gebildete Tasche (28, 128, 228) bildet, wobei die Tasche eine offene Seite (129, 229) aufweist.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach Anspruch 17, wobei die Tasche (28, 128, 228) von einer axialen Fläche (130, 230) gebildet wird, die von einer radialen Fläche (132, 232) umgeben ist.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach Anspruch 18, wobei die axiale Fläche (130, 230) allgemein konkav ist.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach Anspruch 18, wobei sich die radiale Fläche (232) von der axialen Fläche (230) hin zur offenen Seite (229) der Tasche (228) erstreckt und eine gerade Rotationsfläche bildet, die angrenzend an die offene Seite im Durchmesser zunimmt.
Lichtverteilungsanordnung (400) nach Anspruch 18, wobei die radiale Fläche (132) eine konvexe Rotationsfläche ist.
Linsenanordnung (48, 148, 248, 348) nach Anspruch 11, wobei die innere Linse (120) ein um eine Drehachse symmetrischer Rotationskörper ist und wobei die innere Linse (120) eine Außenkrümmung (240) aufweist, die sich von einer Normalebene (N) hin zur Drehachse nach innen wölbt, wobei die Normalebene (N) planparallel zur offenen Seite (229) der Tasche (228) und senkrecht zur Drehachse verläuft, und wobei die Außenkrümmung derart gestaltet ist, dass sie Lichtstrahlen (222), die darauf fallen, in eine Richtung lenkt, die parallel zur Normalebene (N) liegt.