Beleuchtungsvorrichtung mit optoelektronischer

Lichtquelle

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvor ^¬ richtung mit einer optoelektronischen Lichtquelle zur Emission von Licht und einem Optikkörper zur Verteilung des Lichts.

Stand der Technik

Es ist bekannt, dass Beleuchtungsvorrichtungen auf optoelektronischer Basis gegenüber konventionellen Glühoder auch Leuchtstofflampen etwa hinsichtlich der Ener- gieeffizienz oder die Lebensdauer betreffend Vorteile bieten. Eine Herausforderung kann darin bestehen, trotz der für optoelektronische Bauelemente typischen Licht ^¬ stärkeverteilung eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer im Gesamten dennoch omnidirektionalen Abstrahlcharakte- ristik zu realisieren. Ein Ansatz im Stand der Technik geht insofern beispielsweise dahin, die Bauelemente selbst dreidimensional anzuordnen, etwa mit ihren Rück ^¬ seiten einander zugewandt auf den Seitenflächen eines Quaders . Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung mit einer optoelektronischen Lichtquelle anzugeben. Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Beleuchtungsvor ^¬ richtung mit einer optoelektronischen Lichtquelle zur Emission von Licht in einen Raumwinkelbereich um eine Längsachse und einem zumindest teilweise lichtdurchlässi- gen Optikkörper mit Lichtdurchtrittsflächen, nämlich einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche zur Verteilung des Lichts, wobei der Optikkörper derart vorgesehen und angeordnet ist, dass ein Großteil des von der optoelektronischen Lichtquelle emittierten Lichts an der Lichteintrittsfläche in den Optikkörper eintritt und an der Lichtaustrittsfläche aus dem Optikkörper austritt, wobei das Licht dem Optikkörper nachgelagert einen Raum ^¬ winkelbereich ausfüllt, der um mindestens 20 % größer als ein Halbraum ist, und wobei zur Lichtmischung durch Lichtbrechung zumindest eine der Lichtdurchtrittsflächen zumindest bereichsweise derart mit Erhöhungen und Vertie ^¬ fungen geformt ist, dass diese Lichtdurchtrittsfläche in zur Längsachse senkrechten Schnittebenen betrachtet jeweils eine geschlossene Kurve beschreibt, entlang welcher ein Punkt auf einem Umlauf um die Längsachse einen wie ^¬ derholt zu- und wieder abnehmenden Abstand zur Längsachse hat, wobei der Abstand über einen Winkelbereich von 90 mindestens 2-mal zu- und wieder abnehmen soll.

Die Erfindung richtet sich also auf einen Optikkörper, der das Licht vereinfacht gesprochen zur Seite hin und jedenfalls zum Teil in einen Rückraum verteilt. Diese Lichtverteilung lässt sich beispielsweise mit Lichtstärkeverteilungskurven veranschaulichen, die zur Betrachtung im Zweidimensionalen in jeweils einer die Längsachse be- inhaltenden Ebene genommen werden können und von dieser als 0°-Achse ausgehend die Lichtstärke bis +/- 180° ver ^¬ anschaulichen können.

Die Gestaltung der Lichteintritts- und/oder Lichtaus ^¬ trittsfläche mit bevorzugt durch Rillen gebildeten Ver- tiefungen und Erhebungen betrifft nun jedoch nicht die Verteilung des Lichts zur Seite hin an sich, sondern eine Homogenisierung dieser Verteilung hinsichtlich der Umlaufrichtung . Im Bild von eben sollen also beispielsweise Lichtstärkeverteilungskurven, die jeweils in die Längs- achse beinhaltenden, zueinander jedoch winkelverdrehten Ebenen genommen werden, weniger stark voneinander abweichen (vgl. Fig. 5 im Vergleich zum Referenzfall gemäß Fig. 4) .

Vereinfacht gesprochen soll der Optikkörper das Licht al- so prinzipiell zur Seite hin verteilen und dienen dabei konkret die Erhöhungen und Vertiefungen einer hinsichtlich eines Umlaufs um die Längsachse möglichst gleichmä ^¬ ßigen Verteilung. Der Erfinder hat festgestellt, dass es hinsichtlich der Umlaufrichtung im Fernfeld (dem Optikkörper nachgelagert) teils erhebliche Abweichungen von einer gewünschten Gleichmäßigkeit geben kann, wenn die Lichtquelle selbst nicht rotationssymmetrisch ist (hinsichtlich ihrer Abstrahlfläche (n) ) .

Viele optoelektronische Lichtquellen sind hinsichtlich ihrer Abstrahlflächen (n) nicht rotationssymmetrisch. Der Bruch der Rotationssymmetrie ergibt sich beispielsweise, wenn für die Lichtquelle eine Mehrzahl optoelektronische Bauelemente vorgesehen sind, wovon jedes eine eigene Lichtabstrahlfläche zur Verfügung stellt; die Lichtab- strahlflächen lassen sich dann allenfalls noch drehsym- metrisch anordnen (mit einer bestimmten Zähligkeit) . Es kann jedoch auch im Falle eines einzigen optoelektronischen Bauelements mit einer einzigen Lichtabstrahlfläche die Abstrahlcharakteristik nicht rotati- onssymmetrisch sein, etwa wenn die Abstrahlfläche recht ^¬ eckig/quadratisch ist (auch in Abhängigkeit vom Größenverhältnis Abstrahlfläche/Optikkörper) .

Mit den Erhöhungen/Vertiefungen wird nun gewissermaßen eine Zwischenstruktur geschaffen, die hinsichtlich der relevanten Größenskala kleiner als die Makrostruktur der Linse selbst ist, jedoch zugleich auch größer als typische Wellenlängen von sichtbarem Licht. Bildlich gesprochen ergibt sich die Homogenisierung, indem die Erhöhungen und Vertiefungen (im Folgenden auch „Zwischenstruk- tur") ein darauf fallendes Strahlenbündel aufweiten und so benachbarte Strahlenbündel zur Überlagerung bringen (siehe Fig. 8 zur Illustration) . Ist nun beispielsweise der Lichtstrom des einen Bündels geringer als jener des anderen Bündels, ergibt sich ein gewisser Ausgleich. Da die Homogenisierung den Umlauf um die Längsachse be ^¬ trifft, wird hauptanspruchsgemäß zur näheren Konkretisie ^¬ rung der Zwischenstruktur auf zur Längsachse senkrechte Schnittebenen Bezug genommen. In einer solchen Schnittebene betrachtet beschreibt die entsprechende Lichtein- tritts- oder Lichtaustrittsfläche besagte Kurve. Diese verläuft nun derart, beispielsweise wellenförmig, dass der von der Längsachse entlang einer Geraden zur Kurve hin genommene Abstand wiederholt zu- und wieder abnimmt, wenn diese Gerade um die Längsachse rotiert wird. Dabei ist die „Taktung" von Zu- und Wiederabnahme derart, dass der Abstand über einen Winkelbereich von 90 ° (genommen in Umlaufrichtung um die Längsachse) mindestens zweimal zu- und wieder abnimmt. Vorzugsweise ist die Zwi- schenstruktur derart vorgesehen, dass dies entsprechend in vier gemeinsam den 360°-Umlauf abdeckenden Winkelbereichen gilt. Mit dieser Beschränkung wird der Strukturgröße ein Maß vorgegeben, in welchem eben die Zwischen- strukturierung zum Ausdruck kommt. In diesem Kontext ist auch eine Begrenzung der Strukturgrößen nach unten bevorzugt. In einer jeweiligen Schnittebene betrachtet sollen beispielsweise zwei zueinander nächst benachbarte Maxima, also Punkte der Kurve, an de ^¬ nen der Abstand maximal wird, einen Abstand von vorzugs- weise mindestens 5 ym, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 10 ym, 20 ym, 50 ym, 80 ym, 100 ym, 120 ym, 140 ym, 200 ym, 500 ym bzw. 1000 ym, haben. Als in absoluten Werten ausgedrückte Obergrenzen für den Abstand (zwischen nächstbenachbarten Maxima) können bei- spielsweise in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt nicht mehr als 20 mm, 15 mm, 10 mm, 7 mm, 5 mm bzw. 2 mm bevorzugt sein.

Bereits die Bezugnahme auf die Lichtmischung durch „Lichtbrechung" grenzt die vorliegend relevanten Struk- turgrößen von einer Mikrostrukturierung ab. „Lichtbrechung" verweist auf Strukturgrößen, deren Wirkung mithil- fe von geometrischer Strahlenoptik beschrieben werden kann. Gleichwohl kann die Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche im Allgemeinen zusätzlich zumindest be- reichsweise auch mikrostrukturiert sein, etwa mit einer Mattierung versehen; bevorzugt sind die Lichteintritts ^¬ und die Lichtaustrittsfläche jedoch klar transparent.

Wenngleich die Erhebungen und Vertiefungen dreidimensional sind, werden sie in zur Längsachse senkrechten Schnittebenen charakterisiert, weil die Ausgestaltung in diesen Schnittebenen maßgeblich für die Verteilung des Lichts hinsichtlich der Umlaufrichtung ist. Die für die „Schnittebenen" jeweils konkretisierte Ausgestaltung soll, bezogen auf die Erstreckung, die der mit Erhöhun- gen/Vertiefungen versehene Bereich (der Eintritts- /Austrittsflache) in einer zur Längsachse parallelen Richtung genommen hat, für vorzugsweise sämtliche in zu ^¬ mindest den mittleren 25 %, weiter bevorzugt 50 % bzw. 75 %, dieser Erstreckung liegenden Schnittebenen gelten. Im Rahmen dieser Offenbarung bezieht sich „Hauptabstrahlrichtung" auf den Mittelwert sämtlicher Richtungsvekto ^¬ ren, entlang derer die Lichtquelle strahlt, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Lichtstärke gewichtet wird. Jede Rich- tung, in die eine Lichtquelle, etwa eine Anordnung von mehreren Bauelementen, strahlt, kann als Vektor beschrieben werden, dem eine Lichtstärke zugeordnet werden kann. Bei einer einzigen LED ist die Hauptabstrahlrichtung ganz anschaulich typischerweise senkrecht zu einer Mitte der Lichtabstrahlfläche. Als „Mittelpunkt" einer Lichtquelle wird der Flächenschwerpunkt ihrer Lichtabstrahlfläche (n) bezeichnet; weist die Lichtquelle also mehrere Abstrahl ^¬ flächen auf, ist der Mittelpunkt der gemeinsame Schwer ^¬ punkt aller Lichtabstrahlflächen der Anordnung. Gemeinsam legen die „Hauptabstrahlrichtung" und der „Mittelpunkt" einer Lichtquelle deren Längsachse fest. Die „Längsachse" ist also eine Achse, welche durch den Mit ^¬ telpunkt der Lichtquelle verläuft und deren Richtung durch die Hauptabstrahlrichtung bestimmt ist.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Optikkörper drehsymmetrisch zu einer Optikkörper-Symmetrieachse, besonders bevorzugt rotationssymmetrisch dazu (von der Zwischenstruktur abgesehen) . Besonders bevorzugt fällt diese Optikkörper-Symmetrieachse mit der Längsachse zusammen. Soweit bevorzugte Ausführungsformen ein Leuchtmittel mit einer in einem Hüllkolben vorgesehenen Beleuchtungsvorrichtung betreffen, ist der Hüllkolben vorzugsweise rotationssymmetrisch zu einer Hüllkolben-Symmetrieachse. Be- sonders bevorzugt fällt diese mit der Längsachse zusam ^¬ men. Vorzugsweise fallen Hüllkolben-Symmetrieachse und Optikkörper-Symmetrieachse zusammen .

Typischerweise strahlt ein optoelektronisches Bauelement nur in einen Halbraum. Mit der Beleuchtungsvorrichtung soll Licht in einen Raumwinkelbereich abgestrahlt werden, der deutlich größer als ein Halbraum ist, etwa um in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 20 %, 30 %, 40 % bzw. 50 % größer als ein Halbraum.

Vorstehend wurde bereits auf die Lichtstärkeverteilung im Fernfeld Bezug genommen. Die Lichtstärke soll also für sämtliche Richtungen innerhalb des beschriebenen Raumwinkelbereichs von Null verschieden sein, und vorzugsweise mindestens 10 %, weiter bevorzugt mindestens 20 % bzw. 30 % einer maximalen Lichtstärke ausmachen. In bevorzug- ter Ausgestaltung wird in allen Richtungen, die mit der Hauptabstrahlrichtung einen Winkel zwischen 0° und einem Grenzwinkel einschließen, noch eine entsprechende Licht ^¬ stärke gemessen, wobei der Grenzwinkel zunehmend bevor ^¬ zugt größer ist als 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150° bzw. 160°. Andererseits kann dann beispielsweise bei Polarwinkeln größer 165° die Lichtstärke gleich Null sein .

Die Lichteintritts- und die Lichtaustrittsfläche haben zumindest auch in einer zur Längsachse parallelen Rich- tung eine Erstreckung, liegen also jedenfalls nicht aus ^¬ schließlich senkrecht dazu. Die Lichteintrittsfläche hat im Gesamten betrachtet, d.h. wenn man von den Erfindungsgemäßen Zwischenstrukturen absieht, eine vorzugsweise konkave Form und bildet eine Art Dom, welcher die Licht- quelle überspannt. Die Lichtaustrittsfläche gliedert sich wie nachstehend weiter im Detail erläutert vorzugsweise in Teilflächen.

Die „optoelektronische Lichtquelle" weist zumindest ein „optoelektronisches Bauelement" auf (der Einfachheit hal- ber auch nur „Bauelement") , vorzugsweise eine Mehrzahl (siehe vorne) . Bei dem Bauelement kann es sich im Allge ^¬ meinen auch um einen nicht gehäusten LED-Chip handeln (Chip-Direktmontage). Vorzugsweise ist das Bauelement je ^¬ doch gehäust, wobei ein einziger LED-Chip für sich gehäust sein kann (Einzel-LED) oder auch eine Mehrzahl LED-Chips gemeinsam gehäust sein können, also etwa auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und umfüllt sein können .

Es fällt zumindest ein „Großteil" des von der Lichtquelle emittierten Lichts auf die Lichteintrittsfläche, Vorzugs- weise mindestens 70 %, weiter bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 % des von der Licht ^¬ quelle emittierten Lichts. Idealerweise fällt das gesamte Licht auf die Lichteintrittsfläche. Der Optikkörper kann im Allgemeinen auch aus Glas vorgesehen sein; bevorzugt ist jedoch ein Optikkörper aus einem Kunststoffmaterial , etwa aus Polycarbonat , Polymethylmethacrylat oder Silikon.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, wobei in der Darstellung auch weiterhin nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher An- spruchskategorien zu lesen.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Zwischenstruktur auf der Lichteintrittsfläche vorgesehen. Dies kann etwa inso ^¬ fern vorteilhaft sein, als die Lichtaustrittsfläche in bevorzugter Ausgestaltung eben auch in Teilflächen unter- gliedert ist, also in der Regel einen ohnehin komplexeren Aufbau als die Lichteintrittsfläche zeigt; die Erhöhungen und Vertiefungen können deshalb gegebenenfalls leichter in letztere integriert werden. Wie ebenfalls nachstehend im Detail erläutert, ist die Lichtaustrittsfläche vor- zugsweise zumindest bereichsweise auch Totalreflexions ^¬ fläche, und könnte das Vorsehen einer Zwischenstruktur zusätzlich darauf den optischen Gestaltungsaufwand erheb ^¬ lich erhöhen, weil die Erhebungen und Vertiefungen lokal auch die Totalreflexion beeinflussen können. In bevorzugter Ausgestaltung sind mindestens 25 ~6 , in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 40 %, 50 %, 60 %, 70 % bzw. 75 %, der Lichteintrittsfläche mit Erhöhungen und Vertiefungen geformt. Der „Lichteintritts- flächeninhalt" , auf welchen sich die Prozentangaben be ^¬ ziehen, betrifft die Lichteintrittsfläche, also den von Licht durchsetzten Bereich einer gegebenenfalls auch größeren (vorzugsweise domartigen) Fläche. Der Teilbereichs ^¬ flächeninhalt betrifft den Bereich der Lichteintrittsflä- che, der mit der Zwischenstruktur versehen ist.

In bevorzugter Ausgestaltung werden die Vertiefungen durch Rillen gebildet (und damit auch die Erhebungen, die jeweils zwischen zwei Rillen liegen) . Eine solche Rille beschreibt mit ihrem Rillengrund, entlang welchem sich die Länge der Rille bemisst, eine Linienform. Diese Ril ^¬ lenlinien sind derart orientiert, dass sie zumindest auch in einer zur Längsachse parallelen Richtung eine Erstreckung haben (die Rillenlinien liegen also nicht ausschließlich in einer zur Längsachse senkrechten Ebene) . Die Rillenlinien können im Allgemeinen auch tatsächlich parallel zur Längsachse verlaufen, nämlich im Falle einer die Längsachse zylindrisch umgebenden Lichteintrittsflä ^¬ che. Da jedoch eine geneigt zur Längsachse verlaufende Lichteintrittsfläche bevorzugt ist, haben die Rillenli- nien (neben der Erstreckung parallel zur Längsachse) vorzugsweise auch eine Erstreckung senkrecht zur Längsachse.

Die parallel zur Längsachse genommene Erstreckung der Rillenlinie soll vorzugsweise ein Vielfaches der Rillen ^¬ weite ausmachen, etwa in dieser Reihenfolge zunehmend be- vorzugt mindestens das 5-fache, 10-fache, 15-fache bzw. 20-fache. Bezogen auf die Länge der Rille kann die paral ^¬ lel zur Längsachse genommene Erstreckung beispielsweise mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 50 %, weiter be ^¬ vorzugt mindestens 70 %, davon ausmachen. Im Allgemeinen können die Rillenlinien auch eine Erstreckung in Umlaufrichtung haben, sich also jeweils zumindest über einen Winkelabschnitt schraubenförmig um die Längsachse erstrecken (nicht notwendigerweise vollständig darum) . Die „Umlaufrichtung" betrifft im Rahmen dieser Offenbarung generell einen Umlauf um die Längsachse.

Wenngleich also auch eine Schraubenform möglich ist, richtet sich eine bevorzugte Ausgestaltung auf sich nicht in Umlaufrichtung erstreckende Rillenlinien, also Rillen, deren jeweilige Rillenlinie jeweils vollständig in einer die Längsachse beinhaltenden Schnittebene liegt. Etwa im Falle auf einer domartigen Lichteintrittsfläche vorgese ^¬ hener Rillen kann dies beispielsweise bei einem Optikkörper, der in einem formenden Verfahren hergestellt wird, etwa durch Spritzguss, das Entformen erleichtern. Im Falle der bevorzugt durch Rillen gebildeten Zwischenstruktur bestimmen die Rillen dann dementsprechend den Verlauf der Kurve in einer jeweiligen Schnittebene. Auf der Lichteintrittsfläche nimmt der Abstand des Punkts zur Längsachse also von einer Erhebung (zwischen zwei Rillen) zum Rillengrund hin zu, um dann von diesem zur nächstbe ^¬ nachbarten Erhebung wieder abzunehmen.

Auch unabhängig von der konkreten Ausgestaltung mit Rillen, vorzugsweise jedoch in Kombination damit, ist bevorzugt, dass der Abstand auf einer Vollumlaufstrecke min- destens 5-mal zu- und wieder abnimmt, in dieser Reihen- folge zunehmend bevorzugt mindestens 10-mal, 20-mal bzw. 30-mal zu- und wieder abnimmt. Die „Vollumlaufstrecke" erstreckt sich über einen Winkel von 360°, also einen Vollumlauf um die Längsachse. Bevorzugt ist dabei ferner, dass die Zu- und Abnahmen soweit möglich gleich verteilt sind .

Der Erfinder hat festgestellt, dass eine entsprechende Untergliederung einerseits nicht zu fein und so bei ^¬ spielsweise auch in einer Massenfertigung noch gut be- herrschbar ist, andererseits damit jedoch eine gute Homo ^¬ genisierung erreicht werden kann (siehe Fig. 5) . Vorzugs ^¬ weise ist die Zwischenstruktur über den gesamten Umlauf der geschlossenen Kurve verteilt vorgesehen und sind weiter bevorzugt die Zu- und Abnahmen (siehe vorstehende Werte) gleichmäßig, also äquidistant, über die Vollum ^¬ laufstrecke verteilt.

Die bevorzugte Äquidistanz der Zwischenstruktur meint, dass in einer jeweiligen zur Längsachse senkrechten Schnittebene betrachtet der Abstand zwischen zwei nächst- benachbarten Maxima (bei denen der Abstand zur Längsachse also maximal wird, also Vertiefungen auf der Eintritts ^¬ fläche) um nicht mehr als 20 %, vorzugsweise nicht mehr als 10 % von den jeweiligen Abständen abweichen soll, den die übrigen nächstbenachbarten Maxima jeweils zueinander haben.

Besonders bevorzugt sind also umlaufend eine Vielzahl Rillen vorgesehen, die zueinander drehsymmetrisch um die Längsachse angeordnet sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft die senkrecht zur Längsachse genommene „Höhe" der Erhöhungen und Vertiefungen, also in bevorzugter Ausgestaltung die Rillentiefe. In den zur Längsachse senkrechten Schnitt ^¬ ebenen betrachtet verläuft die Kurve zwischen einer (be ^¬ zogen auf den Abstand zur Längsachse) inneren Einhüllen- den und einer äußeren Einhüllenden; auf der Eintrittsfläche grenzen an erstere die Erhöhungen (die Minima hin ^¬ sichtlich der Abstandsfunktion) und an letztere die Vertiefungen (die Maxima hinsichtlich der Abstandsfunktion) .

Für diese beiden Einhüllenden ist nun einerseits ein Min- destabstand bevorzugt, nämlich von mindestens 1 ym, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 2 ym, 5 ym, 10 ym, 20 ym, 40 ym, 80 ym, 120 ym, 140 ym, 160 ym, 200 ym bzw. 500 ym. In einer jeweiligen Schnittebene betrachtet sollen beispielsweise ein Minimum der Kurve (bei dem der Abstand minimal wird) und ein nächstbenachbartes Maximum (bei dem der Abstand maximal wird) , einen senk ^¬ recht zur Längsachse genommenen Abstand von vorzugsweise mindestens 1 ym haben (weitere Werte siehe Intervall im Satz zuvor) , was besonders bevorzugt für sämtliche nächstbenachbarten Minima/Maxima gilt.

Den beiden Einhüllenden ist bevorzugt (auch) ein Maximalabstand vorgegeben, wobei das Vorsehen einer Obergrenze ausdrücklich auch unabhängig vom Vorsehen einer Untergrenze bevorzugt sein kann. Vorteilhafte Obergrenzen lie- gen bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchs ^¬ tens 1/5, 1/10, 1/15, 1/20, 1/50 bzw. 1/100 einer Vollum ^¬ laufstrecke; die „Vollumlaufstrecke" ist die Wegstrecke, die der Punkt entlang der Kurve auf einem 360°-Umlauf zu ^¬ rücklegt. In absoluten Werten ausgedrückt können vorteil- hafte Obergrenzen beispielsweise bei in dieser Reihenfol ^¬ ge zunehmend bevorzugt höchstens 20 mm, 10 mm, 5 mm bzw. 2 mm liegen; diese Werte sollen ausdrücklich auch hinsichtlich der im vorstehenden Absatz beschriebenen Betrachtung des Abstands (senkrecht zur Längsachse) nächst ^¬ benachbarter Minima/Maxima als bevorzugte Obergrenzen of- fenbart sein.

Im Falle des Konzepts der Einhüllenden kann „Abstand" auch den mittleren Abstand zwischen diesen meinen, soweit sich der Abstand der Einhüllenden über den Umlauf ändert; es wird dann also über die Umlaufstrecke gemittelt. Vorzugsweise weist die Lichtquelle eine Mehrzahl Bauele ^¬ mente (mit jeweiliger Abstrahlfläche und jeweiliger Bau ^¬ element-Hauptabstrahlrichtung) auf, die so angeordnet sind, dass sämtliche Bauelement-Hauptabstrahlrichtungen parallel zur Längsachse und damit auch parallel zueinan- der liegen. Es wird also vorzugsweise die gesamte Aufweitung der Abstrahlcharakteristik durch optische Elemente erreicht, insbesondere mit dem Optikkörper, was die Montage der Bauelemente vereinfachen kann. Diese müssen nämlich nicht, wie in dem zum Stand der Technik genannten Beispiel, aufwendig „dreidimensional" bestückt werden, sondern können vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene montiert sein.

Die „Bauelement-Hauptabstrahlrichtung" ergibt sich in analoger Weise wie die Hauptabstrahlrichtung der Licht- quelle, wobei eben nur das einzelne Bauelement betrachtet wird. Sie ergibt sich also als Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren, entlang derer das Bauelement strahlt, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Lichtstärke gewichtet wird. Weiter bevorzugt sind die Bauelemente zudem so angeord ^¬ net, dass sie sämtlich exzentrisch zur Längsachse liegen.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist der Optikkörper vor ^¬ zugsweise zur Längsachse drehsymmetrisch, besonders be- vorzugt rotationssymmetrisch. Bei dieser Symmetriebetrachtung bleiben die Erhöhungen und Vertiefungen unberücksichtigt .

Die Stärke der Lichtmischung und Homogenisierung kann beispielsweise auch von der sich durch die Erhöhungen und Vertiefungen ergebenden Verteilung der Richtungen der Flächennormalen (auf die Lichteintrittsfläche in bevor ^¬ zugter Ausgestaltung) abhängen. Insofern ist bevorzugt, dass in einer jeweiligen zur Längsachse senkrechten Schnittebene betrachtet eine jeweilige Normale auf die geschlossene Kurve in einem jeweiligen Normalenpunkt mit einer jeweiligen Verbindungslinie, die von dem jeweiligen Normalenpunkt zur Längsachse reicht (und senkrecht auf diese steht), einen Normalenwinkel von mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 20°, und von höchstens 70°, vor- zugsweise höchstens 50°, einschließt. Vorzugsweise liegt ein mittlerer Normalenwinkel, der sich als Mittelwert sämtlicher Normalenwinkel ergibt (gemittelt über die Vollumlaufstrecke) , in einem entsprechenden Intervall (bei der Mittelung werden die Beträge der Winkel berück- sichtigt, keine Vorzeichen) .

Im Folgenden wird der Optikkörper an sich weiter im Detail erläutert. Vorzugsweise ist dessen Lichtaustritts ^¬ fläche zumindest bereichsweise zugleich auch Totalrefle ^¬ xionsfläche, tritt also ein Teil des Lichts (der unter geringem Einfallswinkel darauf fällt) aus dem Optikkörper aus, wird jedoch ein anderer Teil (unter einem Einfallswinkel größer 9 _C ) totalreflektiert. Von dem Licht, das an der Lichteintrittsfläche in den Optikkörper eintritt, wird vorzugsweise ein Anteil von mindestens 10 %, in die- ser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 20 %, 30 % bzw. 40 %, vor einem Austritt aus dem Optikkörper totalreflektiert. Mit der Totalreflexion kann das Licht zur Seite hin und vorzugsweise auch in den Rückraum (Winkel größer 90° vgl. die vorstehenden Angaben) verteilt wer- den.

Die Funktionalität der Lichtaustrittsfläche als jeden ^¬ falls bereichsweise zugleich auch Totalreflexionsfläche ist, wie eben festgestellt, auch eine Folge der unter ^¬ schiedlichen Einfallswinkel, also auch abhängig davon, unter welchen Winkeln das Licht in den Optikkörper eintritt. Insofern ist die gesamte Offenbarung, die die Lichtausbreitung im Optikkörper betrifft, ausdrücklich auf einen entsprechend ausgestalteten und zugleich auch entsprechend relativ zur Lichtquelle positionierten Optikkörper zu lesen.

In bevorzugter Ausgestaltung gliedert sich die Lichtaustrittsfläche in zumindest eine erste Teilfläche und eine zweite Teilfläche, wobei die beiden derart angeordnet sind, dass an der ersten Teilfläche reflektiertes Licht an der zweiten Teilfläche austritt, und umgekehrt. Die beiden Teilflächen grenzen vorzugsweise in einer Kante aneinander, besonders bevorzugt einer umlaufenden Kante.

Vorzugsweise gliedert sich die Lichtaustrittsfläche in eine Mehrzahl solcher Teilflächenpaare, also in mindes- tens zwei, weiter bevorzugt mindestens drei, Teilflächen- paare (die jeweils aus zwei wechselseitig als Totalrefle ^¬ xions- und Lichtaustrittsfläche zusammenwirkenden Teil ^¬ flächen aufgebaut sind) . Bei einem Teilflächenpaar muss generell nicht notwendigerweise das gesamte, an der einen Teilfläche reflektierte Licht an der anderen austreten (und umgekehrt), vorzugsweise tut dies jedoch zumindest ein Großteil, also mindestens 50 %, weiter bevorzugt min ^¬ destens 70 % bzw. 80 %, des jeweilig reflektierten Lichts . Auch wenn die Zwischenstruktur zur Homogenisierung hinsichtlich der Umlaufrichtung auf der Lichteintrittsfläche angeordnet ist, kann die Lichtaustrittsfläche bei einer bevorzugten Ausführungsform gleichwohl zumindest bereichsweise auch mit einer anderen Zwischenstruktur aus- gestattet sein, welche eine Homogenisierung der Licht ^¬ stärkeverteilung hinsichtlich Polarwinkeln zur Längsachse betrifft, also eine Homogenisierung innerhalb einer die Längsachse beinhaltenden Schnittebene. Unter einem Polarwinkel soll im Rahmen dieser Offenbarung ein Winkel zwi- sehen einer Lichtabstrahlrichtung und der Hauptabstrahlrichtung verstanden werden.

Diese im Folgenden beschriebene Ausführungsform wird im Übrigen auch unabhängig von der Homogenisierung in Um- laufrichtung als Erfindung gesehen und soll auch in die- ser Form offenbart sein, also konkret auch unabhängig von der hauptanspruchsgemäßen Ausgestaltung der Lichtein- tritts-/Lichtaustrittsfläche mit Erhöhungen und Vertie ^¬ fungen (die in den zur Längsachse senkrechten Schnittebe ^¬ nen wirksam sind) . Bei besagter Ausführungsform ist also die Lichtaustritts ^¬ fläche zumindest bereichsweise mit Rillen geformt, die jeweils eine Linienform beschreiben, wobei die Rillen derart verlaufen, dass die Rillenlinien zumindest auch in der Umlaufrichtung eine Erstreckung haben. Im Allgemeinen kann eine entsprechende Rillenlinie also beispielsweise auch spiralförmig sein, sich also hinsichtlich des Ab- stands zur Längsachse weiten und/oder neben der Erstreckung in Umlaufrichtung auch in einer zur Längsachse pa- rallelen Richtung eine Erstreckung haben. Im letztgenannten Fall kann dann also beispielsweise zugleich eine Homogenisierung hinsichtlich der Umlaufrichtung (vgl. die vorstehende Beschreibung die Lage der Rillenlinien betreffend) als auch hinsichtlich der Polarwinkel erreicht werden.

Besonders bevorzugt sind die in Rede stehenden Rillen auf der Lichtaustrittsfläche jedoch derart vorgesehen, dass eine jeweilige Rillenlinie jeweils vollständig in einer zur Längsachse senkrechten Schnittebene liegt. Weiter be- vorzugt ist dabei ein vollständiger Umlauf, bildet die Rillenlinie also eine geschlossene Kurve, besonders be ^¬ vorzugt einen Kreis.

Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Leuchtmittel mit einer entsprechenden Beleuchtungs- Vorrichtung, wird letztere dann also in Kombination mit einem Sockelelement, über welches die Lichtquelle elekt ^¬ risch betreibbar ist, und einem für das im Betrieb emittierte Licht zumindest teilweise lichtdurchlässigen, also klar oder diffus lichtdurchlässigen Hüllkolben vorgese- hen. Der Hüllkolben kann mit einem offenen Ende vorgesehen sein. Die äußere Form der Beleuchtungsvorrichtung kann einer konventionellen Glühlampe nachempfunden sein, ist also vorzugsweise birnenförmig.

Die Beleuchtungsvorrichtung kann durch das offene Ende ein Stück weit in den Hüllkolben hineinversetzt montiert sein und ist üblicherweise zur Hüllkolbeninnenwand beabstandet, berührt diese also nicht. Der Hüllkolben kann im Allgemeinen auch diffus transparent sein, vorzugsweise ist er jedoch klar.

Das Sockelelement ist in eine Lampenfassung einschraub- oder ansteckbar, wobei letzteres sowohl aufsteck- als auch vorzugsweise einsteckbar meint. Besonders bevorzugt ist ein Schraubsockel, etwa des Typs E27.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung bzw. eines entsprechenden Leuchtmittels zur Allgemeinbeleuchtung, vorzugsweise zur Beleuchtung eines Außen- oder Innenbereichs eines Gebäudes. Die Beleuchtungsvorrichtung gibt dabei Licht derart ab, dass auch bei Polarwinkeln größer 90° eine Lichtstärke vorliegt (weitere bevorzugte Intervallgrenzen siehe vorne) .

Die Berücksichtigung „allein dieser" (der Beleuchtungsvorrichtung) meint, dass dabei eine weitere Lichtformung durch nachgelagerte Komponenten außer Betracht bleiben soll, etwa der Reflektor einer Leuchte, in welche das Leuchtmittel gesetzt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs ^¬ beispiels näher erläutert, wobei auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den verschiedenen Anspruchskategorien unterschieden wird.

Im Einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Leuchtmittel mit einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Optikkörper in einer schematischen Seitenansicht;

Fig. 2 das Leuchtmittel gemäß Fig. 1 ohne Hüllkol ^¬ ben und Optikkörper in einer Schrägansicht; die Fig. 3A bis 3D den Optikkörper einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in verschiedenen Ansichten;

Fig. 4 Strahlstärkeverteilungskurven eines

Optikkörpers ohne erfindungsgemäße Homoge ^¬ nisierung;

Fig. 5 Strahlstärkeverteilungskurven eines

Optikkörpers mit erfindungsgemäßer Homoge ^¬ nisierung; die Fig. 6A/ 6B einen weiteren erfindungsgemäßen

Optikkörper in verschiedenen Ansichten; die Fig. 7A/7B weitere erfindungsgemäße Optikkörper mit alternativen Lichteintrittsflächen in sche- matischer Darstellung;

Fig. 8 ein Ergebnis einer .Raytracing-Simulation zur Illustration der Strahlbündelaufweitung . Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Leuchtmittel mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1, die also in einem Hüllkolben 2 angeordnet und über ein Sockelelement 3 elektrisch betreibbar ist. Zwischen dem matten Hüllkolben 2, der in der Figur der Übersichtlichkeit halber geschnitten dargestellt ist (und so den Blick auf die Beleuchtungsvorrichtung 1 freigibt) , und dem Gewinde 3 ist ein Verbindungs ^¬ abschnitt 4 angeordnet, in welchem die Treiber- /Steuerelektronik für den Betrieb der Beleuchtungsvor- richtung 1 untergebracht ist.

Ferner ist in Fig. 1 als Teil der Beleuchtungsvorrichtung 1 ein Optikkörper 5 zu erkennen. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine dann anhand von Fig. 2 im Detail erläuterte Lichtquelle, wobei das von dieser emit- tierte Licht an einer Lichteintrittsfläche 6 in den Optikkörper 5 eintritt, um dann zum Teil totalreflektiert zu werden und anschließend an Austrittsflächen 7 auszutreten. Die Austrittsflächen 7 sind zugleich auch Totalreflexionsflächen (für unter einem anderen Winkel einfal- lendes Licht) .

Fig. 2 zeigt das Leuchtmittel ohne Hüllkolben 2 in einer Schrägansicht von oben, wobei auch der Optikkörper 5 nicht dargestellt ist. Dementsprechend ist als weiterer Bestandteil der Beleuchtungsvorrichtung 1 die Lichtquelle zu erkennen, nämlich eine Anordnung von LEDs 21. Jedes der vier Bauelemente 21 hat eine Lichtabstrahlfläche 22, an welcher im Betrieb Lambertsch Licht emittiert wird.

Die vier Bauelemente 21 bilden gemeinsam die optoelektronische Lichtquelle, die nicht rotationssymmet- risch zur Längsachse 23 ist. Die Bauelemente 21 sind zur Längsachse 23 drehsymmetrisch angeordnet.

Würde nun auf eine solche nicht rotationssymmetrische Lichtquelle 21 ein Optikkörper 5 ohne die erfindungsgemä- ße Zwischenstruktur gesetzt, hätte dies im Fernfeld eine hinsichtlich der Umlaufrichtung stark schwankende Lichtstärke zur Folge. Dies veranschaulichen die beiden Licht ^¬ stärkeverteilungskurven in Fig. 4, welche jeweils die Lichtstärkeverteilung in einer die Längsachse 23 beinhal- tenden Ebene zeigen. Eine der Ebenen durchsetzt zwei Lichtabstrahlflächen 22 diagonal, die andere liegt um 45° gedreht dazu und durchsetzt keine der Lichtabstrahlflä ^¬ chen 22. Dementsprechend ist die Strahlstärke in der ers ^¬ ten Ebene erheblich größer als in der zweiten und weichen die beiden Kurven in Fig. 4 teils deutlich voneinander ab .

Die 0°-Achse in Fig. 4 fällt übrigens mit der Längsachse 23 zusammen. In Fig. 4 ist das Leuchtmittel „hängend" dargestellt, also im Vergleich zu Fig. 1 um 180° gedreht. Mit der erfindungsgemäßen Zwischenstruktur kann nun eine Homogenisierung hinsichtlich der Umlaufrichtung erreicht werden, was die beiden in Fig. 5 dargestellten Lichtstärkeverteilungskurven veranschaulichen. Diese sind in denselben Ebenen wie die Lichtstärkeverteilungskurven gemäß Fig. 4 genommen, weichen allerdings erheblich weniger voneinander ab. Mit der nachstehend im Detail diskutierten Zwischenstruktur wird also vereinfacht gesprochen ein Strahlenbündel hoher Intensität, das in der ersten Ebene den hohen Strahlstärkewert bedingen würde, hinsichtlich der Umlaufrichtung ein Stück weit aufgefächert (vgl. Fig. 8) und gleicht es damit eine geringere Strahlstärke in der zweiten Ebene aus.

Beim Vergleich der Fig. 4 und 5 ist zu beachten, dass die beiden Polardiagramme die Strahlstärke jeweils auf ihren jeweiligen Maximalwert normiert zeigen. Aufgrund der starken Schwankungen in Fig. 4 ist der Maximalwert dort größer, reicht also die Skala weiter als in Fig. 5. Die Strahlstärkeverteilungskurven gemäß Fig. 5 sind im Vergleich zu jenen gemäß Fig. 4 also gestreckt, die Abwei- chung zwischen den Kurven ist also noch kleiner als optisch im Vergleich zu Fig. 4 erkennbar.

Die Fig. 3A bis 3D illustrieren nun den Optikkörper 5 weiter im Detail, wobei in der Schrägansicht von unten gemäß Fig. 3B und in der Unteransicht gemäß Fig. 3D die mit Rillen ausgebildete Lichteintrittsfläche zu erkennen ist. Mit ihrem jeweiligen Rillengrund beschreiben die Rillen Rillenlinien 31, die eine Erstreckung in einer Richtung parallel zur Längsachse 23 und auch in einer Richtung senkrecht dazu haben. Die Rillenlinien 31 haben keine Erstreckung in Umlaufrichtung, sie liegen anders ausgedrückt jeweils vollständig in einer die Längsachse 23 beinhaltenden Ebene.

Wenngleich Fig. 3D eine Unteransicht zeigt (und keinen Schnitt) , veranschaulicht diese Darstellung eine Kur- ve 32, wie sie die Lichteintrittsfläche in einer zur Längsachse 23 senkrechten Schnittebene betrachtet be ^¬ schreibt. Wird nun ein Punkt in Umlaufrichtung 33 entlang dieser Kurve 32 bewegt, nimmt der Abstand zwischen Punkt und Längsachse 23 wiederholt zu und ab, und zwar bereits auf einer Umlaufstrecke, die sich über einen Winkelbe ^¬ reich 34 von weniger als 25° erstreckt.

Der Abstand zwischen zwei nächstbenachbarten Maxima beträgt ca. 2,8 mm und nimmt entlang des ersten, von den Rillen abgesehen konusförmigen Eintrittsflächenbereichs nach oben bis auf ca. 1,8 mm ab. Bezogen auf eine Vollumlaufstrecke, also die Länge der Kurve 32, beträgt der Winkelabstand zwischen zwei nächst benachbarten Maxima jeweils ca. 1/30 von 360°. Die durch die Rillen gebildeten Erhöhungen und Vertiefungen liegen in einer jeweiligen zur Längsachse 23 senkrechten Schnittebene betrachtet zwischen einer inneren Einhüllenden und einer äußeren Einhüllenden. An erstere grenzen die nach innen weisenden Erhebungen (bei denen der Abstand zur Längsachse 23 minimal wird) , und an letz ^¬ tere die Vertiefungen (bei welchen der Abstand maximal wird) .

Der Abstand der beiden Einhüllenden beträgt ca. 1 mm. Bezogen auf die eben genannte Vollumlaufstrecke soll der Abstand idealerweise nicht mehr als 1/25 einer Vollum ^¬ laufstrecke ausmachen; als Untergrenze sind 200 ym bevor ^¬ zugt .

Fig. 3A zeigt den Optikkörper 5 in einer Seitenansicht, veranschaulicht also die für die Lichtverteilung in den die Längsachse 23 beinhaltenden Ebenen maßgeblichen Flächen. Wie bereits vorstehend erwähnt, gliedert sich die Reflexionsfläche 7 in Teilflächen, wobei eine erste Teil ^¬ fläche 71a mit einer zweiten Teilfläche 71b ein erstes Flächenpaar 71a, b bildet. Ferner bilden eine zweite erste Teilfläche 72a und eine zweite zweite Teilfläche 72b ein zweites Flächenpaar 72a, b und bilden eine dritte erste Teilfläche 73a und eine dritte zweite Teilfläche 73b ein drittes Flächenpaar.

Die jeweiligen Teilflächen eines Flächenpaares 71a, b, 72a, b, 73a, b wirken derart zusammen, dass ein Teil des über die Eintrittsfläche 6 in den Optikkörper 5 eingetre ^¬ tenen Lichts an der ersten Teilfläche 71a, 72a, 73a to ^¬ talreflektiert wird und jedenfalls der größere Teil die ^¬ ses totalreflektierten Lichts an der zweiten Teilfläche 71b, 72b, 73b austritt. Gleichermaßen wird auch an den zweiten Teilflächen 71b, 72b, 73b ein Teil des an der Eintrittsfläche 6 in den Optikkörper 5 eingetretenen Lichts reflektiert und tritt es an der jeweils zugeordne ^¬ ten ersten Teilfläche 71a, 72a, 73a aus. Im Ergebnis wird mit dem Optikkörper 5 eine Lichtvertei ^¬ lung wie in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht erreicht, wird also Licht zur Seite hin und in den Rückraum verteilt und damit die gerichtete Lambertsche Abstrahlcha ^¬ rakteristik der Lichtquelle 21 in eine jedenfalls nähe- rungsweise omnidirektionale Lichtverteilung umgesetzt.

Bei dem Optikkörper 5 gemäß Fig. 3C ist gegenüber den bisher beschriebenen Ausführungsformen zusätzlich eine Zwischenstruktur auf einem Bereich der Austrittsfläche 7 aufgebracht, und zwar auf der ersten Teilfläche 71a. In die erste Teilfläche 71a sind umlaufende Rillen einge ^¬ bracht, deren jeweilige Rillenlinien 41 sich also kreis ^¬ förmig um die Längsachse 23 erstrecken und jeweils voll ^¬ ständig in einer zu dieser senkrechten Ebene liegen.

In diesem Beispiel sind diese Rillen nur an der ersten Teilfläche 71a vorhanden; es können jedoch auch in die übrigen Teilflächen 71b, 72a, b, 73a, b entsprechend umlau ^¬ fende Rillen eingebracht sein. Diese Rillen dienen im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen, auf der Lichteintrittsfläche 6 angeordneten Rillen nicht einer Homoge- nisierung die Umlaufrichtung 33 betreffend, sondern der Homogenisierung innerhalb einer jeweiligen, die Längsachse 23 beinhaltenden Ebene, also die Strahlstärkevertei ^¬ lung hinsichtlich der Polarwinkel betreffend.

In den Figuren 3A bis 3D ist der Optikkörper 5 insofern in einer vereinfachten Darstellung gezeigt, als die Rillen dort spitz zulaufende Flanken haben, also im Schnitt ein Zick-Zick-Kurve resultiert. Demgegenüber zeigen die Figuren 6A und 6B einen Optikkörper 5 mit einer Lichteintrittsfläche, deren Formgebung so für eine tatsächliche Umsetzung in die Praxis bevorzugt ist, und zwar in einer Unteransicht (Fig. 6A) und einer Schrägansicht von unten (Fig. 6B) .

Die Rillen sind bei diesem Optikkörper, hinsichtlich ihrer Flanken, so geformt, dass in einer zur Längsachse 23 senkrechten Schnittebene betrachtet die Kurve einen ge ^¬ wellten Verlauf zeigt. Der Erfinder hat mit einem ent ^¬ sprechend geformten Optikkörper für eine Lichtquelle 21 gemäß Fig. 2 eine gute Homogenisierung hinsichtlich der Umlaufrichtung 33 beobachtet. Die Fig. 7A und 7B illustrieren alternativ mögliche Kurvenformen (in einer zur Längsachse 23 senkrechten Schnittebene betrachtet) . Eine entsprechende Lichtein ^¬ trittsfläche kann ebenfalls mit Rillen geformt sein, wo ^¬ bei bei der Ausführungsform gemäß Figur 7A die Flanken der jeweiligen Rillen konvex sind, und bei der Ausführungsform gemäß Figur 7B konkav.

Fig. 8 illustriert ein Ergebnis einer Raytracing- Simulation, und zwar anhand eines Optikkörpers 5 in Auf- sieht. Auf dessen Lichteintrittsfläche fällt ein Strah ^¬ lenbündel 81, das an den Rillen (deren Struktur ent ^¬ spricht jener gemäß Fig. 6A/6B) aufgeweitet wird, und zwar hinsichtlich der Umlaufrichtung 33.

Auf benachbarte Lichteintrittsflächenbereiche fallende Strahlenbündel werden ebenso aufgeweitet, sodass die be ^¬ nachbarten Strahlenbündel also zur Überlagerung gebracht werden. Ist nun der Lichtstrom des einen Bündels geringer als jener des anderen Bündels, ergibt sich ein gewisser Ausgleich .