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Die Erfindung betrifft eine Optik für Leuchten und eine zugehörige Leuchte.
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Um eine Ausleuchtung mit einer vorgegeben Abstrahlcharakteristik zu erreichen, war es bislang notwendig, komplizierte Optiken zu nutzen. Insbesondere bestanden solche Optiken aus zahlreichen einzelnen Bauteilen wie beispielsweise Reflektoren, Schiebern, Blenden, Linsen, etc. Eine solche Optik ist sehr komplex hinsichtlich der Anzahl an Bauteile. Darüber hinaus müssen die einzelnen Bauteile in definierter Position zueinander angeordnet werden, um eine funktionierende Leuchte zu erhalten.
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So zeigt beispielsweise das deutsche Gebrauchsmuster
DE 20 2013 103 270 U1 eine Leuchte mit einem Prismenstruktur-Element. Die Leuchte besteht dort aus einer Lichtquelle zur Erzeugung des Lichts, einen Reflektor zur Beeinflussung des Lichts und einem lichtbrechenden Element zur weiteren Beeinflussung des Lichts. Sämtliche dieser Komponenten müssen in einer definierten Position zueinander angeordnet werden, um eine funktionierende Leuchte mit gewünschter Abstrahlcharakteristik zu erreichen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Optik und eine zugehörige Leuchte, welche die Optik beinhaltet, bereitzustellen, welche bei geringem Herstellungsaufwand eine exakte Einstellbarkeit der Abstrahlcharakteristik ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Optik durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Für die Leuchte wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Optik beinhaltet einen refraktiven Lichtleitkörper, welcher eine Lichtaufnahmeoberfläche und eine Lichtabgabeoberfläche beinhaltet. Die Lichtaufnahmeoberfläche ist ausgebildet um von einem Leuchtmittel abgegebenes Licht in den refraktiven Lichtleitkörper aufzunehmen. Die Lichtabgabeoberfläche ist dabei ausgebildet, um in dem refraktiven Lichtleitkörper geführtes Licht in einer einzig durch eine Geometrie des refraktiven Lichtleitkörpers vordefinierten Abstrahlcharakteristik zur Bildung einer von dem abgestrahlten Licht im Wesentlichen scharf begrenzt ausgeleuchteten Fläche abzustrahlen. So ist es möglich, die Optik mit sehr geringem Aufwand herzustellen, gleichzeitig jedoch die Abstrahlcharakteristik genau einzustellen. Insbesondere ist es so möglich, auf eine genaue Justierung der einzelnen Komponenten in ihren Abständen zueinander zu verzichten, ohne einen Verlust an Genauigkeit hinsichtlich der gewünschten Abstrahlcharakteristik hinnehmen zu müssen. Auch können so die räumlichen Abmessungen und das Gewicht minimiert werden. Eine besonders hohe Effizienz einer Leuchte, welche die Optik nutzt, kann weiterhin erreicht werden.
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Vorteilhafterweise ist die Abstrahlcharakteristik dabei die geometrische Form der von dem abgestrahlten Licht im Wesentlichen scharf begrenzt ausgeleuchteten Fläche.
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Vorteilhafterweise besteht die Optik einzig aus dem refraktiven Lichtleitkörper. So kann eine besonders einfache Herstellung der Optik gewährleistet werden.
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Vorteilhafterweise ist dabei der refraktive Lichtleitkörper einteilig ausgeführt. Dies reduziert den Herstellungsaufwand weiter.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Lichtaufnahmeoberfläche eine konkave Ausnehmung des refraktiven Lichtleitkörpers. So wird eine besonders effiziente Aufnahme des von dem Leuchtmittel abgegebenen Lichts in den Lichtleitkörper hinein gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist die Lichtaufnahmeoberfläche eine zumindest teilweise sphärische Ausnehmung des refraktiven Lichtleitkörpers. Eine weitere Erhöhung der Effizienz der Aufnahme des Lichts in den Lichtleitkörper hinein wird dadurch erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lichtabgabeoberfläche in einem zentralen Bereich gegenüber der Lichtaufnahmeoberfläche eine Ausnehmung auf. So wird insbesondere eine gleichmäßige Ausleuchtung des Bereichs direkt unter dem zentralen Bereich erzielt.
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Vorteilhafterweise verfügt jeder Punkt der Lichtabgabeoberfläche über eine Neigung, welche die Abstrahlcharakteristik einstellt. So kann besonders genau die Lichtabstrahlcharakteristik eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise ist die vordefinierte Abstrahlcharakteristik eine dreieckige Abstrahlcharakteristik. Die Lichtabgabeoberfläche weist dann drei zumindest teilweise sphärische Bereiche auf.
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Alternativ ist die vordefinierte Abstrahlcharakteristik eine viereckige, insbesondere eine quadratische oder rechteckige Abstrahlcharakteristik. Die Lichtabgabeoberfläche weist in diesem Fall vier zumindest teilweise sphärische Bereiche auf.
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Alternativ ist die vordefinierte Abstrahlcharakteristik eine fünfeckige Abstrahlcharakteristik. Die Lichtabgabeoberfläche weist in diesem Fall fünf teilweise sphärische Bereiche auf.
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Alternativ ist die vordefinierte Abstrahlcharakteristik eine sechseckige Abstrahlcharakteristik. Die Lichtabgabeoberfläche weist dann sechs zumindest teilweise sphärische Bereiche auf.
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Allgemein gesprochen ist die vordefinierte Abstrahlcharakteristik eine N-eckige Abstrahlcharakteristik. In diesem Fall weist die Lichtabgabeoberfläche N zumindest teilweise sphärische Bereiche auf. So kann die Abstrahlcharakteristik sehr flexibel eingestellt werden.
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Vorteilhafterweise sind die teilweise sphärischen Bereiche der Lichtabgabeoberfläche durch Übergangsbereiche miteinander verbunden. Die Übergangsbereiche weisen dabei keine Unstetigkeitsstellen der Lichtabgabeoberfläche auf. So lässt sich eine besonders einfache Herstellung des refraktiven Lichtleitkörpers erreichen.
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Gleichzeitig wird eine gleichmäßige Ausleuchtung mit der gewählten Abstrahlcharakteristik gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist der refraktive Lichtleitkörper spiegelsymmetrisch gegenüber zumindest einer Fläche durch ein Zentrum der Lichtaufnahmeoberfläche. Eine besonders gleichmäßige Beleuchtung und eine einfache Herstellung des Lichtleitkörpers werden so erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der refraktive Lichtleitkörper rotationssymmetrisch gegenüber zumindest einer gerade durch ein Zentrum der Lichtaufnahmeoberfläche. So wird eine besonders gleichmäßige Beleuchtung insbesondere bei einer runden Abstrahlcharakteristik erreicht.
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Vorteilhafterweise ist die Lichtabgabeoberfläche der Lichtaufnahmeoberfläche zumindest teilweise gegenübergestellt. So wird eine besonders effiziente Lichtleitung gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Ausgleichsfläche durch die Lichtaufnahmeoberfläche gegenüber einer Ausgleichsfläche durch die Lichtabgabeoberfläche gekippt. So ist es besonders einfach möglich, Licht seitlich gegenüber dem Leuchtmittel abzustrahlen.
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Vorteilhafterweise ist die Optik ausgebildet, um in die Lichtaufnahmeoberfläche durch das Leuchtmittel in einer Einstrahlrichtung eingestrahltes Licht durch die Lichtabgabeoberfläche in einer Abstrahlrichtung abzustrahlen. Die Einstrahlrichtung und die Abstrahlrichtung sind dabei um zumindest 30°, bevorzugt um zumindest 45°, besonders bevorzugt um zumindest 90° gegenüber einander verkippt. Dadurch ist es besonders einfach möglich, Licht seitlich gegenüber dem Leuchtmittel abzustrahlen.
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Vorteilhafterweise verläuft eine Ausgleichsfläche durch die Lichtaufnahmeoberfläche parallel zu einer Ausgleichsfläche durch die Lichtabgabeoberfläche. So wird eine besonders gleichmäßige Beleuchtung bei einfacher Herstellung des refraktiven Lichtleitelements erreicht.
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Eine erfindungsgemäße Leuchte beinhaltet eine zuvor dargestellte Optik und ein Leuchtmittel. Das Leuchtmittel ist an der Lichtaufnahmeoberfläche angebracht und ausgebildet, um Licht durch die Lichtaufnahmeoberfläche in den refraktiven Lichtleitkörper einzustrahlen. So wird eine besonders einfach herzustellende Leuchte erreicht.
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Vorteilhafterweise ist das Leuchtmittel eine LED oder OLED oder eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe. Eine besonders einfache Herstellung der Leuchte wird so erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Leuchte neben dem Leuchtmittel und der Optik keine weiteren lichterzeugenden und lichtleitenden Elemente auf. Eine besonders einfache Herstellung der Leuchte wird so erreicht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leuchte und Optik in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Optik in einer dreidimensionalen Ansicht;
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Optik in einer seitlichen Schnittdarstellung
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Optik in einer dreidimensionalen Schnittdarstellung;
- 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Optik in einer seitlichen Schnittdarstellung mit eingezeichneten Strahlengängen;
- 6 eine Beleuchtungsstärkeverteilung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leuchte;
- 7 Beleuchtungsstärkeprofile verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchte;
- 8 eine Intensitätsverteilung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leuchte, und
- 9 Intensitätsprofile verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchte.
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Zunächst wird anhand von 1-4 auf den Aufbau verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchte und Optik eingegangen. Anhand von 5 wird basierend auf den Strahlengängen näher auf die Funktion eingegangen. Mit Verweis auf 6 - 9 wird die erreichbare Abstrahlcharakteristik erläutert. Identische Elemente wurden dabei in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leuchte 10 gezeigt. Die Leuchte 10 beinhaltet ein Leuchtmittel 4, hier beispielsweise eine LED und eine Optik 1. Die Optik 1 beinhaltet einen refraktiven Lichtleitkörper 6. Der refraktive Lichtleitkörper 6 beinhaltet dabei eine Lichtaufnahmeoberfläche 2 und eine Lichtabgabeoberfläche 3. Die Lichtaufnahmeoberfläche 2 ist gegenüber dem Leuchtmittel 4 so angeordnet, dass von dem Leuchtmittel 4 abgestrahltes Licht durch die Lichtaufnahmeoberfläche 2 ins Innere des refraktiven Lichtleitkörpers 6 geführt wird. In dem hier dargestellten Beispiel ist die Lichtaufnahmeoberfläche eine Ausnehmung des refraktiven Lichtleitkörpers 6. Insbesondere ist sie konkav ausgeführt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann sie sphärisch oder teil-sphärisch sein.
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Die Lichtabgabeoberfläche 3 ist im Wesentlichen gegenüber der Lichtaufnahmeoberfläche 2 angeordnet. Im Inneren des refraktiven Lichtleitkörpers 6 geführtes Licht wird von der Lichtabgabeoberfläche 3 abgegeben. Durch die Neigung der Oberfläche an jedem einzelnen Punkt der Lichtabgabeoberfläche 3 wird die angestrebte Abstrahlcharakteristik eingestellt. In dem hier dargestellten Beispiel wird eine rechteckige Abstrahlcharakteristik angestrebt. Der refraktive Lichtleitkörper 6 ist somit derart ausgeführt, dass die Lichtabgabeoberfläche 3 vier zumindest teilweise sphärische Bereiche 11 - 14 aufweist, welche den vier Ecken der rechteckigen Abstrahlcharakteristik entsprechen. Die zumindest teilweise sphärischen Bereiche sind dabei durch Übergangsbereiche miteinander verbunden, so dass ein weicher Übergang entsteht. Insbesondere entstehen dabei keine Unstetigkeitsstellen der Oberfläche.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Optik 1 gezeigt. Hier ist die Unterseite, welche in 1 verdeckt ist, dargestellt. Deutlich erkennbar ist hier eine Ausnehmung 5, welche in einem zentralen Bereich der Lichtaufnahmeoberfläche 2 gegenüberliegt. Diese Ausnehmung 5 sorgt für eine besonders gleichmäßige Beleuchtung in einem zentralen Bereich der Abstrahlcharakteristik.
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In 3 ist eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Optik 1 gezeigt. Hier erfolgt der Schnitt durch ein Zentrum der Lichtaufnahmeoberfläche. Deutlich erkennbar ist, dass der refraktive Lichtleitkörper 6 dabei spiegelsymmetrisch gegenüber einer Ebene senkrecht zur Schnittebene ist. Hier ist auch, dass die Ausnehmung 5 direkt unterhalb des Zentrums der Lichtaufnahmeoberfläche 2 angeordnet ist.
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In 4 ist eine dreidimensionale Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Optik 1 gezeigt. Auch hier ist die Anordnung der Lichtaufnahmeoberfläche 2 und der Ausnehmung 5 erkennbar.
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Wichtig ist zu erwähnen, dass die Optik 1 vorzugsweise lediglich aus dem refraktiven Lichtleitkörper 6 besteht. So wird eine besonders einfache Konstruktion der Optik 1 erreicht. Der refraktive Lichtleitkörper 6 kann dabei mehrteilig oder einteilig ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der einteilig ausgeführt, um die Konstruktion weiter zu vereinfachen. Neben der Ausführung mit vier teilweise sphärischen Bereichen der Lichtabgabeoberfläche 3 zur Erreichung einer rechteckigen Abstrahlcharakteristik kann auch eine Ausführung mit 3, 5, 6 oder N teilweise sphärischen Bereichen der Lichtabgabeoberfläche 3 erzeugt werden. Die Abstrahlcharakteristik weist dann ebenfalls 3, 5, 6, N Ecken auf.
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Um eine runde Abstrahlcharakteristik zu erreichen kann der refraktive Lichtleitkörper 6 darüber hinaus rotationssymmetrisch gegenüber einer geraden durch ein Zentrum der Lichtaufnahmeoberfläche 2 sein.
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In den bislang dargestellten Ausführungen liegt die Lichtaufnahmeoberfläche 2 weitgehend gegenüber der Lichtabgabeoberfläche 3. Insbesondere besteht Parallelität zwischen einer Ausgleichsfläche durch die Lichtaufnahmeoberfläche 2 und einer Ausgleichsfläche durch die Lichtabgabeoberfläche 3. Um eine schräge Lichtabgabe gegenüber der Einstrahlrichtung durch das Leuchtmittel 4 zu erreichen, können die Ausgleichsflächen gegeneinander verkippt sein. So wird eine seitliche Lichtabgabe erreicht.
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Um eine besonders einfache Konstruktion der Leuchte zu erreichen, beinhaltet die Leuchte als lichterzeugende und lichtleitende Elemente lediglich das Leuchtmittel 4 und die Optik 1.
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In 5 ist eine weitere Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Optik 1 gezeigt. Hier wird deutlich, dass durch Positionierung des Leuchtmittels 4 im Zentrum der hier teilweise sphärisch ausgeführten Lichtaufnahmeoberfläche 2 eine gleichmäßige Einstrahlung des Lichts ins Innere des refraktiven Lichtleitkörpers 6 erreicht wird. Im refraktiven Lichtleitkörper 6 bewegt sich das Licht geradlinig fort, um dann an der Lichtabgabeoberfläche gemäß der Neigung der Oberfläche am jeweiligen Austrittspunkt gebrochen und abgegeben zu werden. Durch die Neigung wird die Abstrahlrichtung des jeweiligen Lichtstrahls eingestellt. Somit wird durch die Neigung die gesamte Lichtabstrahlcharakteristik der Leuchte eingestellt.
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In 6 ist eine exemplarische Beleuchtungsstärkeverteilung der in 1 - 5 dargestellten Ausführungsbeispiele gezeigt.
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In 7 sind zwei verschiedene Beleuchtungsstärkeprofile exemplarischer Leuchten dargestellt. Hier ist erkennbar, dass verschiedene Breiten der Lichtabgabe durch verschiedene Konstruktionen des refraktiven Lichtleitkörpers 6 erzielt werden können.
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In 8 ist weiterhin eine Intensitätsverteilung, wie sie durch die Ausführungsbeispiele der 1 - 5 erreicht werden kann, dargestellt.
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Abschließend sind in 9 verschiedene Intensitätsprofile dargestellt, welche durch unterschiedliche Konstruktion des refraktiven Lichtleitkörpers 6 erreicht werden können. Die beiden hier dargestellten Intensitätsprofile entsprechen den beiden in 7 dargestellten Beleuchtungsstärkeprofilen.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, können unterschiedliche Formen der Abstrahlcharakteristik durch Gestaltung der genauen Oberflächenform des refraktiven Lichtelements eingestellt werden. Auch können unterschiedliche Leuchtmittel eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es denkbar, einen refraktiven Lichtleitkörper mit mehreren Lichtaufnahmeoberflächen zu versehen, und so mehrere Leuchtmittel zu nutzen, um die Beleuchtungsstärke zu erhöhen.
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Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013103270 U1 [0003]