EP0075568A1 - Flächige beleuchtungseinrichtung - Google Patents
Flächige beleuchtungseinrichtungInfo
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- EP0075568A1 EP0075568A1 EP19820900947 EP82900947A EP0075568A1 EP 0075568 A1 EP0075568 A1 EP 0075568A1 EP 19820900947 EP19820900947 EP 19820900947 EP 82900947 A EP82900947 A EP 82900947A EP 0075568 A1 EP0075568 A1 EP 0075568A1
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- light
- concave
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Classifications
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- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
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- G02B6/0046—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide
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- F21—LIGHTING
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- F21V33/00—Structural combinations of lighting devices with other articles, not otherwise provided for
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- G09F2013/1818—Achieving homogeneous illumination using a non-homogeneous front window provided with a coating of variable thickness
Definitions
- the invention relates to a flat incident light illumination device containing a plate made of translucent material, the two opposite, large surfaces of which are slightly inclined towards one another and in which light is coupled in on the side surfaces.
- Such a large-area lighting device is known from DE-OS 28 27 573.
- This consists of a wedge-shaped, translucent plate into which light is injected on one side surface.
- the light should emerge homogeneously distributed from one of the large surfaces, so that the flat light source can be used, for example, to illuminate liquid crystal displays.
- the large surface from which the light should not exit is provided with a layer of transparent material with a lower refractive index than the wedge material, and a diffusely reflecting pigment layer is applied to this layer.
- the object on which the invention is based is to create an incident light system for viewing flat, opaque objects, for example maps or front plates of devices, the area covered by the incident light system being to be uniformly illuminated and the device to work largely glare-free.
- the plate could have a wedge-shaped, decreasing shape from two opposite sides and could have rounded transition areas in the middle area to avoid a joint.
- plexiglass plate is flat on one side and the other surface is part of a cylinder jacket (large diameter), i.e. it is concave in one direction of expansion.
- This concave formation can e.g. Manufacture by bending a flat plate by bending forces into a shape in which its surfaces are parts of two concentric cylinder shells and then grind the outer surface flat. After relieving the applied bending forces, the plate returns to its original state, however the surface that was previously plane ground now represents a concave surface.
- a plane-parallel plate is again assumed and at least one large surface is machined with a milling cutter of large diameter (approximately equal to the plate width), the The axis of rotation of the milling cutter is inclined at an angle of a few degrees more or less than 90 ° relative to the axis of the cylinder, the surface of which the concave surface is intended to form part of.
- the side surfaces are provided with a highly reflective layer.
- Figure 1 of the drawing shows a first embodiment of the invention.
- a transparent, rectangular plate is denoted by 1, the one with a flat surface with 2 and the other with a part of a cylinder jacket (with a large diameter) concave surface with 3.
- the object to be viewed, e.g. a map is placed under the plate 1 and viewed in the direction of arrow 8 through the plate 1.
- the plate can e.g. 5 mm thick. Good lighting is achieved with an area of 20 ⁇ 20 cm.
- the ratio of effective light radiation to ineffective light radiation can be set in a certain range. Due to this bevel, the plate size must decrease in the viewing direction (arrow 8). The angle should be in a range of 60-80 °.
- the plate shown in FIG. 1 can be manufactured according to one of the methods explained above.
- its turning axis lies in the plane going through arrow 8, lying perpendicular to the plane of the drawing (and also containing the axis of the cylinder) and is inclined by a few degrees (for example ⁇ 5 °) with respect to the direction of arrow 8 .
- FIGS. 2a and 2b of which FIG. 2a shows a top view and FIG.
- the plate 20 essentially consists of two wedges 20a and 20b and, to avoid a joint in the middle area, of a rounded area 20c and two edge regions of the same plate thickness 21a and 21b are formed.
- Six lamps 22 are embedded in bores from one side.
- a reflective layer 23 is applied to the edge regions.
- An absorbing cladding 24 then lies over this in order to avoid direct radiation to the eye of the viewer looking in the direction of the arrow 25.
- the card 26 to be illuminated is here on the "concave side" of the plate 20, so that the flat surface can be used, for example, as a writing pad. It is advantageous to keep the plate 20 at a certain distance a from the object to be illuminated (card 23), which can be, for example, 0.5-1.5 cm. Depending on the training, there is a maximum of lighting at a certain distance.
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Description
Flächige Beleuchtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine flächige Auflicht-Beleuchtungseinrichtung enthaltend eine Platte aus lichtdurchlässigem Material, deren beide sich gegenüber liegenden, großen Oberflächen etwas gegeneinander geneigt sind und bei der an Seitenflächen Licht eingekoppelt wird.
Eine derartige großflächige Beleuchtungseinrichtung ist aus der DE-OS 28 27 573 bekannt. Diese besteht aus einer keilförmigen, lichtdurchlässigen Platte, in die an einer Seitenfläche Licht eingekoppelt wird. Aus einer der großen Oberflächen soll das Licht homogen verteilt austreten, so daß die flächige Lichtquelle, z.B. als Beleuchtung von FlüssigkristallDisplays verwendet werden kann. Um dies zu erreichen, ist die große Oberfläche, aus der das Licht nicht austreten soll mit einer Schicht durchsichtigem Materials mit gegenüber dem Keilmaterial geringerem Brechungsindex versehen und auf dieser Schicht ist eine diffus reflektierende Pigmentschicht aufgebracht.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Auflichtsystem zum Betrachten von flächigen, undurchsichtigen Gegenständen, z.B. Landkarten oder Frontplatteπ von Geräten zu schaffen, wobei die von dem Auflichtsystem erfaßte Fläche gleichmäßig ausgeleuchtet sein soll und die Einrichtung weitgehend blendfrei arbeiten soll.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Ausbildüng gelöst.
Die Platte könnte von zwei sich gegenüberliegenden Seiten her gesehen keilförmig abnehmend ausgebildet sein und im Mittenbereich zur Vermeidung einer Stoßstelle gerundete Übergangsbereiche aufweisen. Vorzugsweise ist die z.B. aus Plexiglas bestehende Platte an einer Seite plan ausgebildet, und die andere Oberfläche stellt einen Teil eines Zylindermantels (mit großem Durchmesser) dar, d.h. sie ist in einer Ausdehnungsrichtung konkav ausgebildet.
Es kann von optischem Vorteil sein, wenn man die plane Seite der Platte zu dem zu beleuchteten Objekt zeigen läßt.
Diese konkave Ausbildung kann man z.B. dadurch herstellen, daß man eine plane Platte durch Biegekräfte in eine Form verbiegt, in der ihre Oberflächen Teile von zwei konzentrischen Zylindermänteln darstellen und dann die außen liegende Oberfläche plan schleift. Nach Entlastung von den aufgebrachten Biegekräften geht die Platte wieder in ihren Ursprungszustand zurück, jedoch stellt nun die zuvor plangeschliffene Oberfläche eine konkav verlaufende Oberfläche dar.
Gemäß einem weiteren Vorschlag zur Herstellung wird wieder von einer planparallelen Platte ausgegangen und wenigstens eine große Oberfläche wird mit einem Fräser großen Durchmessers (etwa gleich der Plattenbreite} bearbeitet, wobei die
Drehachse des Fräsers bei der Bearbeitung um einen Winkel von einigen wenigen Graden mehr oder weniger als 90° gegen die Achse des Zylinders geneigt ist, von dessen Oberfläche die konkave Fläche ein Teil bilden soll.
Um den Wirkungsgrad des Auf1 ichtsy stems zu erhöhen, kann man alle Seitenflächen, auch die, die nicht zur Lichteinkopplung dienen, ausschließlich polieren, um ein Aufheben der Totalreflexion an diesen Flächen zu vermeiden. Dadurch können Lichtstrahlen, die aufgrund der Totalreflexion an diesen Flächen reflektiert werden, weiter zur Ausleuchtung genutzt werden.
Gemäß einem anderen Vorschlag werden die Seitenflächen mit einer gut reflektierenden Schicht versehen.
In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung werden Ausführungsbei spiele der Erfindung erläutert.
Die Figur 1 der Zeichnung zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine durchsichtige, rechteckige Platte ist mit 1 bezeichnet, deren eine plane Oberfläche mit 2 und die andere einen Teil eines Zylindermantels (mit großem Durchmesser) darstellende konkave Oberfläche mit 3. An den beiden Seitenflächen 4 und 5 sind mehrere Lichtquellen in Form kleiner Lämpchen angeordnet; z.B. können vier Lampen, die in der Nähe der Ecken der Platte angebracht sind, vorgesehen sein. Das zu betrachtende Objekt, z.B. eine Landkarte, wird unter die Platte 1 gelegt und in Blickrichtung des Pfeils 8 durch die Platte 1 hindurch betrachtet.
Da die sich gegenüberliegenden Flächen 2 und 3 unter einem bestimmten Winkel α zueinander verlaufen, erfährt ein in die Plexiglasplatte eingekoppelter Lichstrahl eine bestimmte Aufsteilung, d.h., der Total refl exi onswi nkel nähert sich mit je
der Totalreflexion dem Grenzwinkel berei eh. Wird der Grenzwinkelbereich überschritten, so verläßt der Lichtstahl 10 die Plexiglasplatte und trifft auf die zu beleuchtende Fläche auf, sofern der Lichtstrahl aus der Fläche 3 austritt. Verläßt der Lichtstrahl dagegen an der Fläche 2 die Plexiglasplatte, so wirkt sich dieser auf den Betrachter nicht störend aus, da die austretenden Lichtstrahlen 9 nicht auf ihn gerichtet sind, sondern unter einem sehr flachen Winkel 3 ver1 aufen.
Die Platte kann z.B. 5 mm stark sein. Bei einer Fläche von 20 × 20 cm kommt eine gute Ausleuchtung zustande.
Durch Abschrägen der Seitenflächen 4/5 in die das Licht eingekoppelt wird, läßt sich in einem gewissen Bereich das Verhältnis von wirksamer Lichtstrahlung zu unwirksamer Lichtstrahlung einstellen. Durch diese Abschrägung muß die Plattengröße in Betrachtungsrichtung (Pfeil 8) gesehen, abnehmen. Der Winkel sollte dabei in einem Bereich von 60-80° liegen.
Wenn man Totalreflexion an den Seitenflächen erzielen will, ist darauf zu achten, daß sich an diesen Seitenflächen eine Schicht eines Materials kleineren Brechungsindexes als der der Platte anschließt. Erst hieran anschließend sollte die Lichtabschirmung erfolgen. Die in Fig. 1 dargestellte Platte kann gemäß einem der oben erläuterten Verfahren hergestellt sein. Bei der Herstellung mit Hilfe eines Fräsers liegt dessen Drechachse in der durch den Pfeil 8 gehenden, senkrecht zur Zeichenebene liegenden (und auch die Achse des Zylinders beinhaltenden) Ebene und ist um wenige Winkel grade (z.B.< 5º) gegenüber der Richtung des Pfeiles 8 αeneigt.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2a und 2b, von denen die Fig. 2a eine Aufsicht und Fig. 2b einen Schnitt zeigt, ist die Platte 20 im wesentlichen aus zwei Keilen 20a und 20b sowie zur Vermeidung einer Stoßstelle im Mittenbereich aus einem abgerundeten Bereich 20c und zwei Randbereiche gleicher Plattendicke 21a und 21b gebildet. In diese sind hier von der einen Seite her sechs Lampen 22 in Bohrungen eingelassen. Auf die Randbereiche ist eine reflektierende Schicht 23 aufgetragen. Hierüber liegt dann eine absorbierende Verkleidung 24 um direkte Strahlung zum Auge des in die Richtung des Pfeils 25 schauenden Betrachters zu vermeiden. Die zu beleuchtende Karte 26 liegt hier auf der "konkaven Seite" der Platte 20, sodaß man die plane Oberfläche z.B. als Schreibunterlage benutzen kann. Günstig ist es dabei, die Platte 20 in einem gewissen Abstand a von dem zu beleuchtenden Objekt (Karte 23) zu halten, der z.B. 0,5 - 1,5 cm betragen kann. Es gibt abhängig von der Ausbildung ein Beleuchtungsmaximum in einem bestimmten Abstand.
Claims
1. Flächige Auflichtbel euchtungseinrichtung, enthaltend eine Platte aus lichtdurchlässigem Material deren beide sich gegenüberliegenden, großen Oberflächen etwas gegeneinander geneigt sind und bei der an Seitenflächen Licht eiπgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1,20) in Plattenausdehnungsrichtung von zwei sich gegenüberliegenden Seiten (14,5; 21a und 5) zur Mitte hin in ihrer Dicke auf eine minimale Dicke etwa in der Mitte (20c) abnehmend ausgebildet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine große Oberfläche (2) plan ist und die andere, große Oberfläche (3) einen Teil einer Zylinderoberfläche (konkav) bildet.
Beieuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer einseitig planen Platte (1) diese plane Seite dem zu beleuchtenden Objekt zugewandt ist (Fig. 1).
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Lichteinkopplung dienenden Seitenflächen (4, 5) abgeschrägt sind.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkopplung an den gegenüberliegenden Seiten (4,
5, 21a und b), von denen aus die Dicke abnimmt, erfolgt.
6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den gegenüberliegenden Seiten (4, 5; 21a und b) Lampen (22) in die Platte (1; 20) ei nge lassen sind.
7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lampen aufnehmende Bereiche (21a und b) mit einer gut reflektierenden Schicht (23) überzogen sind.
8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lampen (22) aufnehmenden Bereiche (21a und b) zumindest in Richtung des Betrachters abgedeckt (24) sind.
9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Oberfläche durch Verbiegen der Platte (1) zu einem Teil einer Zylinderoberfläche, Planschleifen der dann außen liegende Oberfläche (3) und danach erfolgender Wegnahme der Biegekräfte hergestellt ist.
10. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Oberfläche (3) durch Bearbeiten einer großen Oberfläche der Platte (1) mittels eines Fräsers großen Durchmessers hergestellt ist, wobei die Drehachse des Fräzers hierbei um einige Grade weniger oder mehr als 90° gegenüber der Achse des Zylinders geneigt ist, von dem die entstehende konkave Fläche (3) einen Teil der Oberfläche bildet.
11. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1;20) in einem geringen Abstand (in der Größenanordnung 1 cm) vom zu beleuchtenden Objekt angeordnet ist.
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Inventor name: WEISSGERBER, HARRY Inventor name: NAGEL, GUNTER Inventor name: HEHR, WILFRIED |