DE4329914A1 - Linear optical waveguide (light guide) - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Lichtieiter, z. B. einen Lichtleitstab, in den auf beliebige Weise einseitig oder beidseitig Licht eingestrahlt wird, wobei dieses Licht längs des Lichtleiters wieder ausgestrahlt werden soll.The invention relates to a linear light guide, e.g. B. a light guide, in the light is irradiated on one side or on both sides in any way, this Light is to be emitted again along the light guide.
Lineare Lichtleiter sind bekannt. Dies sind beliebig lange, starre, gerade, gebogene oder flexible Stäbe mit beliebigem, zumindest abschnittsweise immer gleichem Querschnitt aus hochtransparentem Material möglichst hoher Brechzahl. Die Brechzahlen können über den Querschnitt einheitlich sein oder variieren.Linear light guides are known. These are arbitrarily long, rigid, straight, curved or flexible rods with any, at least in sections always the same Cross section of highly transparent material with the highest possible refractive index. The Refractive indices can be uniform or vary across the cross-section.
Ein Lichtleiteffekt entsteht dann, wenn Lichtstrahlen unter flacheren Winkeln als der Grenzwinkel der Totalreflexion εGrenz auf die Wandung eines Lichtleiters treffen.A light guide effect occurs when light rays hit the wall of a light guide at flatter angles than the critical angle of total reflection ε limit .
Diese Lichtstrahlen werden im Inneren des Lichtleiters immer wieder verlustfrei und ohne nach außen dringenden Anteil reflektiert und somit im Lichtleiter geführt, auch wenn leichte Krümmungen zu überwinden sind.These light rays are always lossless inside the light guide without reflecting an outward component and thus guided in the light guide, too when slight curvatures have to be overcome.
Die Menge des im Lichtleiter zur Verfügung stehenden Lichtes hängt von der Art der Einspeisung und der Lichteintrittsfläche ab.The amount of light available in the light guide depends on the type of Infeed and the light entry area.
Für die Funktion der Erfindung ist die Art der Einspeisung beliebig, besonders günstige Verhältnisse ergeben sich jedoch bei Lichteintrittsflächen mit glatter Oberflächenstruktur, die rechtwinklig zur Achse des Lichtleiters angeordnet sind.The type of feed is arbitrary for the function of the invention, particularly however, there are favorable conditions for light entry surfaces with a smoother surface Surface structure, which are arranged perpendicular to the axis of the light guide.
Die Funktionsweise eines derartigen Lichtleiters kann leicht anhand des Bildes 1 erläutert werden:The mode of operation of such a light guide can be easily explained using Figure 1:
Sämtliche Lichtstrahlen (4), die auf die Lichteintrittsfläche (2) des Lichtleiters (1) fallen, werden gebrochen und in einem Lichtkegel mit dem halben Öffnungswinkel εGrenz in dem Lichtleiter zusammengefaßt.All light rays ( 4 ) that fall on the light entry surface ( 2 ) of the light guide ( 1 ) are refracted and combined in a light cone with half the opening angle ε limit in the light guide.
Der Grenzwinkel entsteht durch Brechung eines quasi parallel zur Lichteintrittsfläche (2) einfallenden Lichtstrahls und hat mit der Brechzahl n des Lichtleiters gegenüber der umgehenden Luft die GrößeThe critical angle results from the refraction of a light beam that is incident almost parallel to the light entry surface ( 2 ) and, with the refractive index n of the light guide, has the same size as the surrounding air
εGrenz = arc sin (1/n)ε limit = arc sin (1 / n)
Für Plexiglas mit n = 1,49 beträgt der Grenzwinkel beispielsweise:For plexiglass with n = 1.49, the critical angle is, for example:
εGrenz ≈ 42°ε limit ≈ 42 °
Bemerkenswert ist, daß dieser Winkel kleiner ist als 45°, denn dadurch treffen sämtliche Lichtstrahlen unter größeren Winkeln als εGrenz - gemessen zur Normalen - auf die Oberfläche des Lichtleiters. It is noteworthy that this angle is less than 45 °, because this means that all light rays hit the surface of the light guide at angles greater than ε limit - measured to the normal.
Da εGrenz gleichzeitig der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, werden die Lichtstrahlen am Mantel des Lichtleiters reflektiert und es entsteht ein Lichtleiteffekt für sämtliche eintretenden Lichtstrahlen.Since ε limit is also the critical angle of total reflection, the light rays are reflected on the jacket of the light guide and there is a light guide effect for all incoming light beams.
Das Licht trifft an der Grenzfläche (3) aus, abgesehen von Rest-Reflexionen an dieser Fläche.The light comes out at the interface ( 3 ), apart from residual reflections on this surface.
Für viele Anwendungsfälle ist es zwar wünschenswert, daß Licht längs des Lichtleiters transportiert wird, jedoch ist es darüber hinaus oft erforderlich, daß in Richtung und Menge genau dosiertes Licht auch längs des Lichtleiters austritt.For many applications, it is desirable that light along the Optical fiber is transported, however, it is also often required that in Direction and quantity of precisely metered light also emerges along the light guide.
Beispielsweise ließen sich dadurch lineare Lichtquellen ähnlich röhrenförmiger Leuchtstofflampen verwirklichen, unter Nutzung des Lichtes punktförmiger Lichtquellen.For example, linear light sources could be made similarly tubular Realize fluorescent lamps, using the light more punctiform Light sources.
Anwendungsbereiche wären unter anderem die Einspeisung in Lichtleitscheiben oder die Verwendung in Lichtleitsystemen oder als Lichtquelle für die Allgemeinbeleuchtung.Areas of application would include feeding into light guide disks or use in light guide systems or as a light source for the General lighting.
Erfindungsaufgabe ist es deshalb, Maßnahmen vorzuschlagen, mit denen Hilfe unter Beibehaltung der Lichtleiterfunktion Licht längs des Verlaufs eines Lichtleiters ausgeblendet werden kann.The task of the invention is therefore to propose measures with which help under Maintaining the light guide function Light along the path of a light guide can be hidden.
Zur Lösung der Erfindungsaufgabe werden im Volumen des Lichtleiters oder an dessen Oberfläche optische Elemente, im folgenden "Ausblendelemente" AE genannt, die das Licht so ablenken, umlenken oder aufstreuen, daß eine ausgewählte Menge Lichtstrahlen, die ohne diese Maßnahmen unter Winkeln der Totalreflexion auf die Oberfläche des Lichtleiters treffen würden, nunmehr unter so kleinen Winkeln auftreffen, daß an diesen Stellen keine Totalreflexion auftritt und somit diese Lichtstrahlen aus den Lichtleitern austreten können. Ausblendelemente können auch durch diffus strahlende Beschichtungen entstehen, durch die die Totalreflexion unterbrochen wird.To solve the invention task in the volume of the light guide or on the surface of which is optical elements, in the following "fade-out elements" AE called that deflect, deflect or scatter the light so that a selected Amount of light rays that without taking these measures at angles of total reflection would hit the surface of the light guide, now at such small angles encounter that there is no total reflection at these points and thus this Light rays can emerge from the light guides. Hiding elements can also caused by diffusely radiating coatings, through which the total reflection is interrupted.
Die Ausblendelemente können erfindungsgemäß auch so angeordnet sein, daß die Oberfläche des Lichtleiters so stark strukturiert wird, daß ein Teil der im Inneren des Lichtleiters befindlichen Lichtstrahlen auf Oberflächenelemente trifft, deren Übernahme mit den Lichtstrahlen so kleine Winkel bilden, daß die Lichtstrahlen aus dem Lichtleiter austreten können.The masking elements can also be arranged according to the invention so that the Surface of the light guide is structured so strongly that part of the inside of the Light rays located light guide strikes surface elements whose Take over with the light rays so small angles that the light rays from can exit the light guide.
Die Ausblendelemente können aus diffus oder gerichtet reflektierenden Partikeln oder Flächen bestehen, aus Grenzflächen als Übergänge zu Medien mit anderen Brechzahlen, z. B. durch Unterbrechung des Lichtieiters mittels optisch getrennter schräger Flächen oder im Lichtleiter eingebrachte Spiegel aber auch das Lufteinschlüssen oder Einschlüssen aus transparentem Material mit höherer oder niedrigerer Brechzahl sein, es kann sich auch um Aufrauhung, Strukturierung oder Beschichtung der Oberfläche des Lichtleiters handeln oder eine Kombination mehrerer Maßnahmen.The masking elements can consist of diffusely or directionally reflecting particles or Surfaces consist of interfaces as transitions to media with others Refractive indices, e.g. B. by interrupting the light conductor by means of optically separated sloping surfaces or mirrors placed in the light guide Air inclusions or inclusions made of transparent material with higher or lower refractive index, it can also be roughening, structuring or Coating the surface of the light guide act or a combination of several Activities.
Der Lichtleiter kann dabei gerade oder gebogen, starr oder flexibel sein. Sein Querschnitt kann rund, oval, eckig oder von sonstiger beliebiger Form sein.The light guide can be straight or curved, rigid or flexible. His Cross-section can be round, oval, angular or of any other shape.
Je nach Ausführung kann Licht in alle Richtungen oder in ausgewählte Richtungen abgestrahlt werden.Depending on the version, light can go in all directions or in selected directions be emitted.
Das austretende Licht kann durch brechende oder reflektierende Optiken geformt werden.The emerging light can be shaped by refractive or reflective optics become.
Je nach Anforderung können die Ausblendelemente in konstantem oder unterschiedlichem Abstand bzw. konstanter Dichte oder aber in unterschiedlich verlaufenden Anforderungen plaziert werden.Depending on the requirements, the blanking elements can be in constant or different distance or constant density or in different current requirements can be placed.
Auf diese Weise kann die jeweils längs des Lichtleiters austretende Lichtmenge bestimmt werden, z. B. kann durch eine mit Entfernung von der Lichteintrittsfläche dichter werdende Anordnung der Ausblendelemente die Gleichmäßigkeit der Lichtabstrahlung verbessert werden.In this way, the amount of light emerging along the light guide be determined, e.g. B. can with a distance from the light entry surface denser arrangement of the masking elements the uniformity of the Light emission can be improved.
In einer besonderen Ausführung kann erfindungsgemäß eine Struktur spiralförmig in einem endlosen Streifen aufgebracht werden. Verändert man die Steigung der Spirale, so kann man die austretende Lichtmenge festlegen.In a special embodiment, according to the invention, a structure can be spiraled in an endless strip. If you change the slope of the spiral, so you can determine the amount of light emerging.
Auch umlaufende, geschlossene Ringe in gleichem oder unterschiedlichen Abstand können verwendet werden, auch mehrere Strukturen sind möglich.Even circumferential, closed rings at the same or different distances can be used, several structures are also possible.
Alle erwähnten Maßnahmen können auch an einem hohlen Lichtleiter vorgenommen werden.All of the measures mentioned can also be carried out on a hollow light guide become.
Hinzu kommt in diesem Fall, daß die Ausblendelemente auch auf der Innenwand des Lichtieiters aufgebracht werden können. Es ist auch möglich, die innere Röhre zu verspiegeln oder mit einem transparentem, klaren oder volumenstreuenden, mit Ausblendelementen versehenem Material oder mit opakem Material auszufüllen. So können zwischen Außenmantel und innerer Röhre verschiedene Materialien verwendet werden, es können auch fluoreszierende Materialien gewählt werden.In addition, in this case, the masking elements also on the inner wall of the Lichtieiters can be applied. It is also possible to close the inner tube mirror or with a transparent, clear or volumetric, with Filling out material provided or with opaque material. So different materials can be used between the outer jacket and the inner tube fluorescent materials can also be selected.
Für viele Anwendungsfälle kann es vorkommen, daß ein Lichtaustritt nur in Abständen erwünscht ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß Ausblendelemente nur in den gewünschten Zonen plaziert werden.For many applications it can happen that a light emission only in Intervals is desired. This can be achieved in that masking elements can only be placed in the desired zones.
So können zwischen den lichtabstrahlenden Strecken so große Abstände gewählt werden, daß Platz für Reflektorlamellen oder Prismenelemente geschaffen wird, die den flach aus dem Lichtleiter austretenden Lichtanteil erfassen und umlenken, ohne daß Verluste durch Abdeckungen entstehen.So large distances can be chosen between the light-emitting sections be that space for reflector lamellae or prism elements is created, the Detect and redirect the light component emerging flat from the light guide without that losses arise from covers.
Beispielsweise kann auf diese Weise ein Lichtleiter in horizontaler Anordnung entblendet werden.For example, a light guide can be arranged horizontally in this way be dazzled.
Es ist auch möglich, Licht an bestimmten Stellen aus dem Lichtleiter durch schräg - z. B. 45° zur Achse - angeordnete, eventuell verspiegelte oder mit einem Spiegel hinterlegte Grenzflächen, auszukoppeln.It is also possible to slant light at certain points from the light guide - e.g. B. 45 ° to the axis - arranged, possibly mirrored or with a mirror deposited interfaces to decouple.
Dieses Licht kann wiederum zur Einspeisung in einem abzweigenden Lichtleiter verwendet werden oder mit einer Optik eine dem Anwendungszweck entsprechende Lichtstärkeverteilung erhalten.This light can in turn be fed into a branching light guide be used or with an optic corresponding to the application Preserve light distribution.
Auf gleiche Weise kann auch das aus dem Lichtleiterende austretende Licht durch Ausleuchtung mit einer schrägen Abschlußfläche in gleicher Weise in Kombination mit der übrigen Lichtabstrahlung oder auch als Einzelmaßnahme genutzt werden.In the same way, the light emerging from the end of the light guide can pass through Illumination with a sloping end surface in the same way in combination can be used with the rest of the light emission or as a single measure.
Je nach Querschnitt des Lichtleiters und Ausbildung der Ausblendelemente können Lichtabstrahlungen in einer Richtung quer zur Lichtleiterachse, in mehreren Richtungen oder rundum erreicht werden. Die vorhandenen Möglichkeiten werden anhand der Bilder erläutert.Depending on the cross section of the light guide and the design of the masking elements Light radiation in one direction across the fiber optic axis, in several Directions or all around. The existing options will be explained using the pictures.
Besondere zusätzliche Lichtverteilungsmöglichkeiten ergeben sich bei der Verwendung runder oder ovaler Lichtleiter.Special additional light distribution options arise with the Use of round or oval light guides.
Es kann gezeigt werden, daß bei einem kreisrunden oder ovalen Lichtleiter das Licht immer auf denjenigen Oberflächenteilen des Lichtleiters austritt - bei kreisrunden Lichtleitern näherungsweise 180° - die dem Ausblendelement gegenüber liegen.It can be shown that with a circular or oval light guide, the light always exits on those surface parts of the light guide - with circular Light guides approximately 180 ° - which are opposite the blanking element.
Ordnet man in der betrachteten Ebene mehrere Ausblendelemente nebeneinander an, so kann die Lichtstärkeverteilung verbreitet oder mit einer besonderen Charakteristik versehen werden.If you arrange several blanking elements next to each other in the level under consideration, so the light intensity distribution can spread or with a special characteristic be provided.
Betrachtet man Ebenen quer zur Achse des Lichtleiters, so treten die Lichtstrahlen eng gebündelt aus in Richtungen der Verlängerung vom Ausblendelement zum Mittelpunkt des Lichtleiters.If you look at planes transverse to the axis of the light guide, the light rays appear closely bundled in the direction of extension from the blanking element to the Center of the light guide.
In Ebenen welche die Achse des Lichtleiters enthalten, ergibt sich im Allgemeinen eine breitstrahlende Lichtstärkeverteilung.In planes that contain the axis of the light guide, this generally results a wide light distribution.
Läßt man jedoch zwischen den Ausblendelementen so große Abstände, daß dazwischen total reflektierende Zonen entstehen, so kann man dort Lichtlenkelemente - Lamellenreflektoren oder Prismenelemente - anordnen, welche die flach austretenden Lichtstrahlen auffangen und in gewünschte Richtungen z. B. zur Entblendung umlenken.However, if you leave such large distances between the blanking elements that in between totally reflective zones arise, so you can there Arrange light directing elements - lamella reflectors or prism elements - which the catch flat emerging light rays and in desired directions z. B. for Redirect glare control.
Es ist noch zu erwähnen, daß sämtliche über ihre Länge abstrahlenden Lichtleiter zur Einspeisung dienen können für Reflektoren oder lichtbrechende Optiken die in ihrer Translationssymmetrie den Verlauf der Längsachse des Lichtleiters angepaßt sind. Die Endflächen der Lichtleiter können verspiegelt sein, um einen Lichtaustritt zu verhindern und das um das Licht für einen seitlichen Lichtaustritt nutzen zu können.It should also be mentioned that all light conductors radiating along their length lead to Feed can serve for reflectors or refractive optics in their Translational symmetry are adapted to the course of the longitudinal axis of the light guide. The end faces of the light guides can be mirrored to allow light to exit prevent and that in order to be able to use the light for a side light emission.
Ebenso ist es günstig, den Lichtleiter an Stellen, an denen kein Lichtaustritt erfolgen soll, reflektierend zu hinterlegen.It is also favorable to place the light guide in places where there is no light emission should be deposited reflectively.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Bilder 2-27 erläutert; mit Bild 1 als Stand der Technik. The invention is illustrated below with the aid of pictures 2-27; with picture 1 as state of the art.
Hierbei wird folgendes gezeigt
Bild 1: Stand der Technik
Bild 2: Lichtleiter mit Volumen-Ausblendelement
Bild 3: Lichtleiter mit aufstreuendem Ausblendelement an der
Oberfläche
Bild 4: Lichtleiter mit spiralförmiger Oberflächenstruktur
Bild 5: Lichtleiter mit ringförmiger Oberflächenstruktur
Bild 6: Lichtleiter mit schrägem Ausblendspiegel im Volumen
Bild 7: Lichtleiter mit unterbrechender schräger Grenzfläche
Bild 8: Lichtleiter mit keilförmiger unterbrechender Grenzfläche
Bild 9: Lichtleiter mit schräger, teilverspiegelter
unterbrechender Grenzfläche
Bild 10: Lichtleiter mit schrägem Ausblendreflektor zur
Einspeisung in einen abzweigenden Lichtleiter
Bild 11: Lichtleiter mit schräger, verspiegelter Endfläche
als Ausblendreflektor
Bild 12: Lichtleiter mit keilförmiger, verspiegelter Endfläche
als Ausblendreflektor
Bild 13: Lichtieiter als Hohlleiter mit volumenstreuender
inneren Röhre
Bild 14: Lichtleiter als Hohlleiter mit Oberflächen-/
Ausblendelement auf der Innenseite des Mantels
Bild 15: Lichtleiter mit gebündelter Hauptabstrahlrichtung
Bild 16: Lichtleiter mit gerichtet - breitstrahlender -
Lichtabstrahlung
Bild 17: Lichtleiter mit immer enger angeordneten Ausblendelementen
zur Beeinflussung der abgestrahlten Lichtmenge längs des
Leiters
Bild 18: Lichtleiter mit im Abstand angeordneten Ausblendelementen
und dazwischen liegenden Lamellen-Reflektoren
Bild 19: Lichtleiter wie Bild 18, jedoch mit Prismen anstelle
von Reflektoren
Bild 20: Lichtleiter mit reflektierender Abdeckung im Bereich
reflektierender Ausblendelemente
Bild 21: Lichtleiter mit lichtsammelndem Reflektor und
Streuscheibe mit Piktogramm in der Lichtaustrittsfläche
der Optik
Bild 22: Lichtleiter mit Sammellinse zur Erzeugung einer
leuchtenden Linie
Bild 23: Lichtleiter mit Reflektor auf der Endfläche
Bild 24: Lichtleiter mit Ausblendreflektor und nachgeschaltetem
Reflektor
Bild 25: Lichtleiter mit schräger verspiegelter Endfläche und
nachgeschaltetem Reflektor
Bild 26: Lichtleiter wie Bild 25 jedoch mit ausschließlich
indirekt bestrahltem Reflektor
Bild 27: Lichtleiter zur Einspeisung in eine Lichtleitscheibe.
The following is shown
Figure 1: State of the art
Figure 2: Light guide with volume blanking element
Figure 3: Light guide with diffusing masking element on the surface
Figure 4: Light guide with a spiral surface structure
Figure 5: Light guide with a ring-shaped surface structure
Figure 6: Light guide with an oblique blanking mirror in the volume
Figure 7: Light guide with interrupting oblique interface
Figure 8: Light guide with a wedge-shaped interrupting interface
Figure 9: Light guide with oblique, partially mirrored interrupting interface
Fig. 10: Light guide with an oblique cut-out reflector for feeding into a branching light guide
Figure 11: Light guide with slanted, mirrored end surface as a blanking reflector
Figure 12: Light guide with wedge-shaped, mirrored end surface as a blanking reflector
Fig. 13: Light guide as a waveguide with a volume-spreading inner tube
Figure 14: Light guide as a waveguide with a surface / masking element on the inside of the jacket
Figure 15: Light guide with bundled main emission direction
Figure 16: Light guide with directed - wide-angle - light radiation
Fig. 17: Light guide with increasingly narrow blanking elements to influence the amount of light emitted along the guide
Figure 18: Light guide with blanking elements arranged at a distance and lamella reflectors in between
Figure 19: Light guide as in Figure 18, but with prisms instead of reflectors
Figure 20: Light guide with reflective cover in the area of reflective masking elements
Figure 21: Light guide with light-collecting reflector and lens with pictogram in the light exit surface of the optics
Figure 22: Light guide with converging lens to create a luminous line
Figure 23: Light guide with reflector on the end surface
Figure 24: Light guide with fade-out reflector and downstream reflector
Figure 25: Light guide with an oblique mirrored end surface and a reflector downstream
Fig. 26: Light guide as in Fig. 25, but with only indirectly illuminated reflector
Figure 27: Light guide for feeding into a light guide disk.
Bild 1 zeigt den Stand der Technik und ist bereits vorher erläutert worden. Figure 1 shows the state of the art and has already been explained.
Bild 2 zeigt einen Lichtleiter (1) mit Ausblendpartikeln im Volumen und mit der Endfläche (3), die zur besseren Nutzung des Lichtes verspiegelt sein kann sowie der Lichteintrittsfläche (2) in die aus allen Richtungen das Lichtbündel (4) eingespeist wird. Sobald ein Lichtstrahl (L) auf ein volumenstreuendes Element trifft, wird dieser Lichtstrahl aufgeteilt in einen Fächer weiterer Lichtstrahlen L1 bis L8, die teilweise die Totalreflexion überwinden und weil sie steil auf die Wandung des Lichtleiters auftreffen, aus diesem austreten können. Figure 2 shows a light guide ( 1 ) with blanking particles in volume and with the end surface ( 3 ), which can be mirrored for better use of the light, and the light entry surface ( 2 ) into which the light beam ( 4 ) is fed from all directions. As soon as a light beam (L) strikes a volume-scattering element, this light beam is divided into a fan of further light beams L1 to L8, which partially overcome the total reflection and because they hit the wall of the light guide steeply, can exit from it.
Andere Lichtstrahlen, hier L4 und L8, treffen so flach auf die Wandung des Lichtleiters, daß sie weitergeleitet werden.Other rays of light, here L4 and L8, hit the wall of the Light guide that they are forwarded.
Bild 3 zeigt wiederum einen Lichtleiter (1) in gleicher Geometrie wie in Bild 2, jedoch mit Auslenkelementen an der Oberfläche des Lichtleiters. Diese Oberflächenelemente können unterschiedlicher Art sein. Im Falle des Lichtstrahls (L) besteht die Auslenkmaßnahme aus einer Strukturierung der Oberfläche, so daß Lichtstrahlen auf Oberflächennormalen treffen, die eine Auslenkung des Lichtstrahls aus dem Lichtleiter ermöglichen in einem Fächer L1, L2, L3. Der Lichtstrahl L′ trifft auf ein durch Beschichtung entstehendes Auslenkelement, das die Lichtstrahlen L1, L2 und L3 so auf die gegenüberliegende Wandung des Lichtleiters richtet, daß ebenfalls ein Lichtaustritt ermöglicht wird. Figure 3 again shows a light guide ( 1 ) with the same geometry as in Figure 2, but with deflection elements on the surface of the light guide. These surface elements can be of different types. In the case of the light beam (L), the deflection measure consists of a structuring of the surface, so that light beams meet surface normals which enable the light beam to be deflected from the light guide in a fan L1, L2, L3. The light beam L 'strikes a deflecting element which is formed by coating and which directs the light beams L1, L2 and L3 onto the opposite wall of the light guide in such a way that a light exit is also made possible.
Bild 4 zeigt eine Oberflächenstrukturierung, -beschichtung oder -aufrauhung in Form einer Spirale, die entweder gleichförmige oder sich verändernde Steigung besitzen kann, je nachdem wie groß die austretende Lichtmenge sein soll. Figure 4 shows a surface structuring, coating or roughening in the form of a spiral, which can have either a uniform or changing slope, depending on how large the amount of light emitted should be.
Bild 5 zeigt einen Lichtleiter, diesmal mit ringförmig angeordneten Auslenkelementen auf der Oberfläche, wobei eine gleichmäßige Lichtabstrahlung erreicht wird durch unterschiedlich starke Ausführung der Strukturierung in Ferne von der Lichteintrittsfläche. Figure 5 shows a light guide, this time with ring-shaped deflection elements on the surface, whereby uniform light radiation is achieved by structuring the structure differently far away from the light entry surface.
Bild 6 zeigt einen Lichtleiter wieder gleicher Geometrie mit im Volumen angeordneter schräger Spiegelfläche (S), die durch eine schräge Auftrennung (T) des Lichtleiters, anschließende Beschichtung der entstehenden Fläche im Bereich des Spiegels und Verkleben entstehen könnte. Die Lichtstrahlen L1, L2 und L3 werden an dem Spiegelelement in unterschiedliche Richtungen reflektiert und treten aus dem Lichtleiter aus. Figure 6 shows a light guide with the same geometry again, with an oblique mirror surface (S) arranged in the volume, which could result from an oblique separation (T) of the light guide, subsequent coating of the surface in the area of the mirror and gluing. The light beams L1, L2 and L3 are reflected on the mirror element in different directions and emerge from the light guide.
Bild 7 zeigt wiederum einen Lichtleiter gleicher Geometrie, jedoch diesmal mit Grenzflächen T1 und T2 die bewirken, daß flach auf diese Grenzflächen auftreffende Lichtstrahlen an ihnen total reflektiert werden, während steil auftreffende Lichtstrahlen durch die Grenzflächen ungehindert hindurch gehen und im Lichtleiter weitergeleitet werden. Dadurch entsteht ein Effekt der Vorwärtsabstrahlung, erkennbar durch die Lichtstrahlen L1 und L2, während der Lichtstrahl L3 im Lichtleiter verbleibt. Die schrägen Grenzflächen können sich in Abständen immer wieder wiederholen, je nachdem an welchen Stellen des Lichtleiters ein Lichtaustritt vorgesehen ist. Figure 7 again shows a light guide of the same geometry, but this time with interfaces T1 and T2, which cause light rays that strike flat onto these interfaces to be totally reflected on them, while steeply incident light rays pass through the interfaces unhindered and are passed on in the light guide. This creates an effect of forward radiation, recognizable by the light beams L1 and L2, while the light beam L3 remains in the light guide. The sloping interfaces can repeat themselves at intervals, depending on the points at which the light guide is provided with a light exit.
Bild 8 zeigt wiederum eine gleiche Lichtleiteranordnung mit keilförmigen bzw. kegelförmigen Grenzflächen T1 und T2, die ebenfalls einen Vorwärtseffekt der Lichtabstrahlung bewirken, jedoch diesmal nach entweder beiden Richtungen L1 und L2 bei rechteckigen Lichtleiterquerschnitten oder eine rundum Abstrahlung bei runden Querschnitten abstrahlen. Figure 8 again shows the same light guide arrangement with wedge-shaped or conical interfaces T1 and T2, which also cause a forward effect of the light radiation, but this time in either direction L1 and L2 with rectangular light guide cross-sections or emit all-round radiation with round cross-sections.
Eine ähnliche Differenzierung der Wirkung auf die Lichtabstrahlcharakteristik in Abhängigkeit vom Lichtleiterquerschnitt läßt sich auch für die schon beschriebenen Bilder 6 und 7 erzielen.A similar differentiation of the effect on the light emission characteristic as a function of the light guide cross section can also be achieved for the pictures 6 and 7 already described.
Beispielsweise kann die Lichtabstrahlung gemäß Bild 7 bei einem rechteckigen Lichtleiter auf eine der vier Seiten begrenzt werden, ebenso bei der Anordnung in Bild 6.For example, the light radiation according to Figure 7 can be limited to one of the four sides for a rectangular light guide, as can the arrangement in Figure 6.
Sinngemäß gelten diese Überlegungen auch für Bild 9, Bild 10 und Bild 11 sowie Bild 12.These considerations also apply analogously to Fig. 9, Fig. 10 and Fig. 11 and Fig . 12.
In Bild 9 wird der schon bekannte Lichtleiter durch zwei Grenzflächen T1 und T2 getrennt, wobei eine der Grenzflächen mit rasterförmigen Spiegelelementen (S) versehen ist, so daß ein Teil des Lichtes durch die Flächen hindurch gelangen kann, ein Teil aber reflektiert wird und aus dem Lichtleiter hinaus gelangt.In Figure 9, the already known light guide is separated by two interfaces T1 and T2, one of the interfaces being provided with raster-shaped mirror elements (S), so that part of the light can pass through the surfaces, but part is reflected and from which Light guide gets out.
In Bild 10 wird ein schräges Spiegelelement (S) am Rand des Lichtleiters angeordnet. Es bildet sich dann eine durch die Strahlen L1 und L2 definierte Fläche aus, die bei einem viereckigen Lichtleiter auf einer der vier Seiten liegen kann, wobei diese Seite zur Ankopplung eines quer verlaufenden Lichtleiters (7) benutzt werden kann.In Figure 10, an oblique mirror element (S) is arranged on the edge of the light guide. A surface is then defined which is defined by the rays L1 and L2 and which, in the case of a square light guide, can lie on one of the four sides, this side being able to be used for coupling a transverse light guide ( 7 ).
Bild 11 zeigt die Gestaltung der Endfläche eines Lichtleiters in schräger Form, die verspiegelt werden kann, so daß Licht in die Richtungen L1, L2 und L3 ausgeblendet werden kann. Figure 11 shows the design of the end face of a light guide in an oblique shape that can be mirrored so that light can be blocked in the directions L1, L2 and L3.
Bild 12 zeigt einen etwas anders gestalteten Abschluß der Endfläche eines Lichtleiters. Diese keilförmige Gestalt, ebenfalls verspiegelt (S), ermöglicht einen mehrseitigen Lichtaustritt bei rechteckigen oder vieleckigen Lichtleiterquerschnitten bzw. einen rundum-Lichtaustritt bei Lichtleitern mit kreisförmigem Querschnitt. Figure 12 shows a slightly different design of the end face of a light guide. This wedge-shaped shape, also mirrored (S), enables multi-sided light emission with rectangular or polygonal light guide cross-sections or all-round light emission with light guides with a circular cross-section.
Bild 13 zeigt einen Lichtleiter mit Innentubus, der gekennzeichnet durch den Buchstaben "V" mit im Volumen angeordneten Ausblendelementen versehen werden kann. Figure 13 shows a light guide with an inner tube, which can be identified by the letter "V" with blanking elements arranged in the volume.
Es sind entsprechend den Ansprüchen eine Vielzahl von Materialkombinationen zwischen Innentubus und Außenmantel möglich.There are a variety of material combinations according to the claims possible between inner tube and outer jacket.
So kann der Innentubus im Volumen Ausblendelemente erhalten, während der Außenmantel gerichtet transmittierend ist oder aber umgekehrt. Auch kann der Innentubus ausgefüllt sein mit verschiedenen Materialien, zum Beispiel opakem Material oder fluoreszierendem Material.So the inner tube can contain blanking elements during the volume Outer jacket is directed transmissive or vice versa. He can also Inner tube filled with various materials, for example opaque Material or fluorescent material.
Bild 14 zeigt einen Lichtleiter mit freigelassenem Innentubus, dessen Innenfläche durch Ausblendelemente an der Oberfläche einen Lichtaustritt bewirken kann. Alle anderen geschilderten Arten der Anbringung von Auslenkelementen sind sowohl in dem Beispiel nach Bild 13 als auch nach Bild 14 möglich, insbesondere ist auch eine spiegelnde Ausblendung des Innentubus möglich. Figure 14 shows a light guide with an exposed inner tube, the inner surface of which can cause light to escape due to masking elements on the surface. All other described types of attachment of deflection elements are possible both in the example in accordance with FIG. 13 and in FIG. 14, in particular a reflective blanking of the inner tube is also possible.
Bild 15 zeigt den kreisförmigen Querschnitt eines Lichtleiters, der in der Linie 9 parallel zur Lichtleiterachse mit Auslenkelementen, hier zum Beispiel mit einer diffus aufstreuenden Beschichtung versehen ist. Die vom Punkt 9 ausgehenden Lichtstrahlen können nur im Halbkreisbereich (12) des Lichtleiters austreten. Dies ist am Beispiel des Lichtstrahles (10) zu erkennen, der erst von einer bestimmten Stelle ab unter steileren Winkeln als dem Grenzwinkel der Totalreflexion entsprechend auftrifft und dort parallel zur Oberfläche in die Richtung (10) umgelenkt wird. Alle weiteren Strahlen, die auf den Bereich (12) auftreffen, können aus dem Lichtleiter austreten. Die Hauptstrahlrichtung des Lichtaustritts ist durch den Pfeil (13) gekennzeichnet. Im oberen Bereich des Lichtleiters (8) können Lichtstrahlen nicht austreten, weil sie unter flacheren Winkeln als dem Grenzwinkel auftreffen. Somit ist in Bild 15 die Möglichkeit gezeigt, enge Lichtbündel durch einen Lichtleiter erzeugen zu lassen, wobei sich die enge Bündelung auf Ebenen quer zur Achse des Lichtleiters bezieht, während in einer Ebene, die die Achse des Lichtieiters enthält, eine breitstrahlende Lichtverteilung entsteht. Figure 15 shows the circular cross section of a light guide, which is provided in line 9 parallel to the light guide axis with deflection elements, here for example with a diffusely scattering coating. The light rays emanating from point 9 can only emerge in the semicircular region ( 12 ) of the light guide. This can be seen from the example of the light beam ( 10 ), which only strikes from a certain point at steeper angles than the critical angle of total reflection and is deflected there in the direction ( 10 ) parallel to the surface. All other rays that strike the area ( 12 ) can exit the light guide. The main beam direction of the light exit is indicated by the arrow ( 13 ). In the upper area of the light guide ( 8 ), light rays cannot exit because they strike at flatter angles than the critical angle. This shows in Figure 15 the possibility of having narrow bundles of light generated by a light guide, the narrow bundling referring to levels transverse to the axis of the light guide, while in a plane that contains the axis of the light guide, a wide-angle light distribution is created.
Bild 16 zeigt, daß zu jeder mit Ausblendelementen versehenen Linie 9.1 bis 9.7 eine Hauptabstrahlrichtung 13.1-13.7 gehört, so daß erkennbar wird, daß eine Varianz von Lichtverteilungen durch unterschiedliche Anbringung der Auslenkelemente auf dem Umfang des Lichtleiters möglich ist. Je nach gewünschter Lichtverteilung können die Rasterpunkte bzw. Rasterlinien 9.1 bis 9.7 unterschiedlich ausgeführt oder aber auch in unterschiedlichen Abständen angebracht sein. Figure 16 shows that each line 9.1 to 9.7 provided with masking elements has a main emission direction 13.1-13.7 , so that it can be seen that a variance of light distributions is possible by differently attaching the deflecting elements on the circumference of the light guide. Depending on the desired light distribution, the raster points or raster lines 9.1 to 9.7 can be designed differently or can also be attached at different distances.
Bild 17 zeigt, daß bei einer Anordnung der Ausblendelemente nach Bild 15 und Bild 16 auch in Längsrichtung die Lichtabstrahlung beeinflußt werden kann durch unterschiedliche Abstände der Rasterpunkte (9). Die dargestellten Rasterpunkte (9) können gerasterte Linien oder auch gerasterte Flächenteile darstellen. Fig. 17 shows that when the masking elements are arranged according to Fig. 15 and Fig. 16, the light radiation can also be influenced in the longitudinal direction by different distances between the grid points (9). The grid points (9) shown can represent grid lines or grid parts.
Wie bereits erläutert, ist die Lichtabstrahlung eines Lichtleiters gemäß der Erfindung in Ebenen, die die Achse des Lichtleiters enthalten, breitstrahlend. Dies könnte durch lamellenartige Reflektoren oder prismatische Elemente beeinflußt werden, ähnlich den Querlamellen bei bekannten Langfeldleuchten.As already explained, the light emission of a light guide is in accordance with the invention in planes containing the axis of the light guide, wide beam. This could be due to lamellar reflectors or prismatic elements can be influenced, similar to the Cross blades in known linear luminaires.
Nachteilig sind jedoch die Verluste, die durch eine eventuelle Abdeckung der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters entstehen können.However, the losses caused by a possible coverage of the Light exit surface of the light guide can arise.
In Bild 18 ist deshalb dargestellt, wie die Lamellen-Reflektorelemente in Zonen angeordnet werden können, in denen kein Lichtaustritt erfolgt, weil in einem Bereich, durch gestrichelte 45° Linien dargestellt, in denen die Reflektorelemente (11) angeordnet sind, keine Ausblendelemente angeordnet werden. Figure 18 therefore shows how the lamella reflector elements can be arranged in zones in which no light is emitted because in one area, shown by dashed 45 ° lines in which the reflector elements ( 11 ) are arranged, no masking elements are arranged .
In Bild 19 ist eine entsprechend Bild 18 aufgebaute Lösung, jedoch mit Prismenelementen (15) gezeigt. Figure 19 shows a solution constructed according to Figure 18, but with prism elements ( 15 ).
Bild 20 zeigt ein möglichst gut reflektierendes Reflektorelement, das über den Auslenkelementen (9) angeordnet ist, um möglicherweise durch diese Elemente unerwünscht hindurchtretendes Licht wieder in den Innenraum des Lichtleiters zu reflektieren. Figure 20 shows a reflector element which reflects as well as possible and which is arranged above the deflection elements ( 9 ) in order to reflect light which may possibly pass through these elements back into the interior of the light guide.
Bild 21 zeigt, daß der Lichtleiter die Lichtquelle für ein Reflektorsystem sein könnte, das diesen Lichtleiter teilweise umhüllt und in der Lichtaustrittsfläche eine Streuscheibe oder Prismenfläche (18) haben könnte, die Träger von Piktogrammen oder Hinweiselementen sein kann. Figure 21 shows that the light guide could be the light source for a reflector system that partially surrounds this light guide and could have a diffusing screen or prism surface ( 18 ) in the light exit surface, which can be the carrier of pictograms or information elements.
Bild 22 zeigt einen Lichtleiter mit gerichteter Abstrahlung zur Einspeisung in eine lichtsammelnde Optik (20), die auf diese Weise eine Linie (B) sehr intensiv beleuchten kann. Figure 22 shows a light guide with directional radiation for feeding into a light-collecting optic ( 20 ), which in this way can illuminate a line (B) very intensively.
Bild 23 zeigt einen Lichtleiter mit der Endfläche (3) quer zur Reflektorachse, deren dort austretendes Licht durch einen optisch dicht oder getrennt angeordneten Spiegel (S) wiederum im Lichtleiter verfügbar gemacht werden kann. Figure 23 shows a light guide with the end face ( 3 ) transverse to the reflector axis, the light emerging there can be made available in the light guide by an optically dense or separately arranged mirror (S).
Bild 24 zeigt einen Lichtieiter mit einem Ausblendreflektor (S) und einem Reflektor, der das ausgeblendete Licht umfaßt und in gewünschte Richtungen lenkt. Figure 24 shows a light guide with a fade-out reflector (S) and a reflector that covers the faded-out light and directs it in the desired directions.
In Bild 25 wird die Endfläche eines Lichtleiters gezeigt, die durch ihre schräge Anordnung der Grenzfläche (T) und eine Verspiegelung (S) in einen Reflektor (20) Licht einspeist, der das Licht in die gewünschten Richtungen lenkt. Figure 25 shows the end face of a light guide, which, due to its oblique arrangement of the interface (T) and a mirror coating (S), feeds light into a reflector ( 20 ) that directs the light in the desired directions.
Bild 26 zeigt ähnliche Verhältnisse wie in Bild 25, jedoch wird der Reflektor (20) ausschließlich indirekt von der Endfläche des Lichtleiters bestrahlt. Figure 26 shows similar conditions as in Figure 25, however, the reflector ( 20 ) is only irradiated indirectly from the end face of the light guide.
Bild 27 zeigt einen Lichtleiter zur Einspeisung in eine Lichtleitscheibe (21), die Träger von Hinweiselementen oder Piktogrammen sein kann. Figure 27 shows a light guide for feeding into a light guide disk ( 21 ), which can be used for information elements or pictograms.
Claims (18)
Lichtstreuenden Partikeln und/oder transmittierenden Einschlüssen mit zum Lichtleiter unterschiedlichen Brechzahlen und/oder
Luftblasen und/oder
fluoreszierenden Partikeln und/oder
schräg zur Achse des Lichtleiters angebrachten Spiegelelementen aus gerichtet reflektierendem Material und/oder
schräg zur Achse des Lichtleiters angeordneten parallelen Grenzflächen, die den Lichtleiter unterbrechen und/oder
schräg zur Achse des Lichtleiters angebrachten Grenzflächen mit teildurchlässigen oder rasterförmigen Verspiegelungen. 2. Light guide according to claim 1, characterized by blanking elements in volume, which consist of:
Light-scattering particles and / or transmitting inclusions with different refractive indices and / or than the light guide
Air bubbles and / or
fluorescent particles and / or
mirror elements made of directional reflective material and / or attached obliquely to the axis of the light guide
parallel interfaces arranged at an angle to the axis of the light guide, which interrupt the light guide and / or
Boundary surfaces with diagonally to the axis of the light guide with partially transparent or grid-shaped mirroring.
Kreisrund oder
halbkreisförmig oder
oval oder
halboval oder
ellipsoid oder
halbellipsoid oder
rechteckig oder
quadratisch oder
dreieckig oder
vieleckig oder
mit sternförmigen Zacken. 5. Light guide according to claims 1 to 4 characterized by the shape of the cross section:
Circular or
semicircular or
oval or
semi-oval or
ellipsoid or
semi ellipsoid or
rectangular or
square or
triangular or
polygonal or
with star-shaped teeth.
der Lichtleiter mit mindestens einem hohlen oder mit unterschiedlichem Material ausgefüllten Innentubus versehen ist
welcher Innentubus hohl, auf der Innenseite strukturiert oder beschichtet oder verspiegelt sein kann
und/oder welcher Innentubus ausgefüllt sein kann mit Material, das im Volumen angeordnete Ausblendelemente enthält, während der Außenmantel des Lichtleiters aus gerichtet transmittierendem Material besteht
oder welcher Innentubus mit gerichtet transmittierendem Material gefüllt ist, während der Mantel mit im Volumen angeordneten Ausblendelementen versehen ist
oder welcher Innentubus mit opakem Material ausgefüllt ist, während der Mantel aus transparentem Material besteht
oder welcher Innentubus mit gerichtet transmittierendem Material ausgefüllt ist bei opakem Material des Außenmantels.6. Light guide according to claims 1 to 5, characterized in that
the light guide is provided with at least one hollow inner tube or one filled with different material
which inner tube can be hollow, structured or coated or mirrored on the inside
and / or which inner tube can be filled with material which contains blanking elements arranged in the volume, while the outer jacket of the light guide consists of directionally transmitting material
or which inner tube is filled with directionally transmitting material, while the jacket is provided with blanking elements arranged in the volume
or which inner tube is filled with opaque material, while the jacket is made of transparent material
or which inner tube is filled with directional transmitting material with opaque material of the outer jacket.
wobei die Linien unterschiedlichen Abstand zueinander haben können und längs der Lichtleiterachse rasterförmig unterteilt sein können entweder gleichabständig oder mit sich veränderndem Abstand
oder welche achsparallel angeordneten Oberflächen-Ausblendelemente in Form von achsparallelen Flächen angeordnet sind, die maximal ein Viertel bis Halbkreis des Leiterumfanges umfassen, welche Flächen entweder gleichförmig ausgebildet oder rasterförmig aufgegliedert sind dann entweder gleichabständig oder mit sich verändernden Rasterabständen.17. Light guide according to claims 1 to 14, characterized by axially parallel surface masking elements either in the form of a line or in the form of several parallel lines
the lines can have different distances from one another and can be subdivided in a grid-like manner along the light guide axis, either at equal intervals or with a changing distance
or which surface-masking elements are arranged in parallel to the axis and are arranged in the form of axially parallel surfaces which comprise a maximum of a quarter to a semicircle of the conductor circumference, which surfaces are either formed uniformly or are divided into a grid, either at equal intervals or with changing grid spacings.
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