DE19923226A1

DE19923226A1 - Optisches Element mit Mikroprismenstruktur zur Umlenkung von Lichtstrahlen

Info

Publication number: DE19923226A1
Application number: DE19923226A
Authority: DE
Inventors: Guenther Sejkora
Original assignee: Zumtobel Staff GmbH
Current assignee: Zumtobel Staff GmbH
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-23
Also published as: NO20010312L; CN1306625A; AU4750300A; CN1172201C; EP1099127A1; NO20010312D0; JP4944985B2; US6700716B2; CA2338123A1; JP2011048383A; CA2338123C; AU774778B2; KR100751577B1; US20010040742A1; JP2003500687A; DE50015252D1; WO2000072054A1; KR20010071935A; NZ509362A; EP1099127B1

Abstract

Optisches Element (10, 10', 10'') zur Umlenkung von in dieses eintretenden und wieder aus diesem austretenden Lichtstrahlen (18, 19), derart, daß deren Austrittswinkel (gamma) begrenzt ist, insbesondere zur Verwendung als Leuchtenabdeckung, mit einem plattenförmigen Kern (11, 11', 11'') aus transparentem Material, der an einer Seite mit Mikroprismen (12, 13) besetzt ist, die sich unter Bildung von Furchen (22) - von ihrer Wurzel (15) ausgehend - verjüngen, wobei die Gesamtheit der Mikroprismen-Deckflächen (14) die Lichteintrittsfläche und die andere Seite (21) des Kernes die Lichtaustrittsfläche bildet, und wobei die Mikroprismen-Deckflächen (14) in stetiger oder nicht-stetiger Form konvex oder konkav ausgebildet sind, sowie Verfahren zur Herstellung des optischen Elements (10, 10', 10'').

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element mit Mikroprismenstruktur, insbesondere zur Verwendung als Leuchtenabdeckung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß Patentanspruch 8.

Durch derartige optische Elemente bzw. Leuchtenabdeckungen soll erreicht werden, daß der Austrittswinkel von Lichtstrahlen beispielsweise aus einer Leuchte begrenzt wird, um eine Blendung für den Betrachter zu vermeiden bzw. zumindest zu verringern. Darüber hinaus bewirkt ein solches Element natürlich auch einen mechanischen Schutz für die Leuchte und insbesondere die Lichtquelle im Innern der Leuchte.

Ein optisches Element der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus dem österreichischen Patent AT-B-403,403 bekannt. Das bekannte, als Leuchtenabdeckung eingesetzte optische Element weist auf seiner der Lampe zugewandten Seite in Reihen und Zeilen angeordnete pyramidenartige Profilierungen, sogenannte Mikroprismen auf, die als Pyramidenstümpfe ausgebildet sind und eine parallel zur Basisfläche (Lichtaustrittsfläche) liegende obere Begrenzungsfläche (Lichteintrittsfläche) aufweisen. Die gesamte Leuchtenabdeckung besteht vollständig aus einem glasklaren bzw. transparenten Material.

Ein Pyramidenstumpf bzw. Mikroprisma gemäß der AT-B-403,403 ist zur Erläuterung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problemstellung in Fig. 1 dar gestellt. Wie in der Patentschrift näher beschrieben, weist das bekannte Mikroprisma 1 eine als Lichteintrittsfläche dienende Deckfläche 2, eine parallel zu dieser angeordnete und als Lichtaustrittsfläche dienende Wurzel 3 und schräg verlaufende Seitenwände 4 derart auf, daß das Mikroprisma 1 die Form eines Pyramidenstumpfes annimmt. Der Austrittswinkel γ der austretenden Lichtstrahlen bezüglich des Lotes auf die Lichtaustrittsfläche 3 soll höchstens etwa γ_max ≈ 60-70°, vorzugsweise γ_max ≈ 60°, betragen, um eine Blendung des Betrachters bei seitlicher Betrachtung der Leuchte zu vermeiden. Um gleichzeitig einen möglichst hohen optischen Wirkungsgrad zu erzielen, ergibt sich für das Mikroprisma 1 aus transparentem Material ein optimales Verhältnis der Abmessungen des Pyramidenstumpfes d. h. das von der Brechzahl n des Materials des Pyramidenstumpfes abhängt. Ferner ergibt sich auch ein optimaler Furchenwinkel δ zwischen benachbarten Mikroprismen 1 von etwa 8-9° bei einem Rastermaß der Mikroprismen von etwa 700 µm.

Bei den vorstehend genannten Parametern wird auch für solche Lichtstrahlen, die direkt auf die Kanten 5 oder unmittelbar neben die Kanten 5 des Pyramidenstumpfes 1 treffen und gerade noch an den Kanten 6 zwischen den Pyramidenstümpfen 1 vorbeigehen, erreicht, daß sie aus der Ebene der Lichtaustrittsfläche 3 mit einem Austrittswinkel von γ < 60° austreten.

Es hat sich aber in der Praxis herausgestellt, daß es fertigungstechnisch äußerst schwierig oder nahezu unmöglich ist, einen Furchenwinkel δ von etwa 8-9° ein zuhalten. Derzeit können Furchenwinkel δ von etwa 15° mit einer ausreichend hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit realisiert werden. Es kann zwar auch bei einem realistischen Furchenwinkel δ ≈ 15° ein Austrittswinkel von γ_max ≈ 60° erzielt werden; dies hat allerdings bei einer gleichbleibenden Höhe h des Pyramidenstumpfes 1 zur Folge, daß aufgrund der dadurch verringerten Fläche der Lichteintrittsfläche 2 der optische Wirkungsgrad der Leuchtenabdeckung entsprechend von etwa 75-80% auf etwa 65% reduziert wird. Alternativ könnte zur Beibehaltung der Ausdehnung der Lichteintrittsfläche 2 auch die Höhe h des Pyramidenstumpfes 1 verringert werden. In diesem Fall würde jedoch der maximale Lichtaustrittswinkel γ_max ≈ 60° nicht mehr eingehalten werden, da Lichtstrahlen, die direkt an den Kanten 5 der Lichteintritts flächen 2 in das Mikroprisma 1 eintreten und gerade noch an den Kanten 6 zwischen benachbarten Pyramidenstümpfen 1 vorbeigehen, die Leuchtenabdeckung flacher verlassen.

Eine weitere Leuchtenabdeckung bzw. ein weiteres optisches Element der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der WO 97/36 131 bekannt. Die in dieser Druckschrift offenbarte Mikroprismenstruktur weist einerseits an den Seitenwänden der Pyramidenstümpfe eine reflektierende Abdeckung zum Verhindern, daß Licht aus den Seitenwänden der Mikroprismen austritt und den Wirkungsgrad der Leuchtenanordnung verringert, und andererseits auf der Seite der Lichtaustrittsflächen der Mikroprismen ein Linsensystem zum Bündeln der Lichtstrahlen in eine Richtung etwa senkrecht zu der Ebene der Lichtaustrittsfläche auf. Der Aufbau dieser Leuchtenabdeckung ist im Vergleich zu der aus der AT-B-403,403 bekannten Leuchtenabdeckung aber relativ kompliziert und deshalb fertigungstechnisch aufwendiger.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vor liegenden Erfindung, ein optisches Element der eingangs genannten Art bereitzustellen, das die oben beim Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermeidet und ins besondere bei einem hohen lichttechnischen Wirkungsgrad einen Austrittswinkel der Lichtstrahlen aus dem optischen Element gewährleistet, bei dem eine Blendung des Betrachters vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß die durch die Mikroprismen-Deckflächen gebildete Lichteintrittsfläche des optischen Elements in stetiger oder nicht-stetiger Form konvex oder konkav ausgebildet sind, treffen die von einer Lampe kommenden Lichtstrahlen unter einem anderen Einfallswinkel auf die Lichteintrittsfläche des Elements als bei einer zu der Lichtaustrittsfläche parallel ausgerichteten Lichteintrittsfläche. Durch eine geeignete Wahl der Wölbung bzw. des Wölbungsgrades, die bzw. der im übrigen auch von dem Material des Elementenkerns und insbesondere dessen Brechzahl abhängt, wird erreicht, daß die Lichtstrahlen nur unter einem Austrittswinkel von höchstens etwa 60° zum Lot der Lichtaustrittsfläche aus der Lichtaustrittsfläche austreten können, ohne daß hier durch der lichttechnische Wirkungsgrad des optischen Elements verringert wird. Eine konkave Ausbildung der Mikroprismen-Deckflächen bewirkt, daß die auf die Deckflächen auftreffenden Lichtstrahlen unter steileren Winkeln in die Mikroprismen struktur gebrochen werden und das optische Element nicht unter einem zu flachen Winkel verlassen. Eine konvexe Ausbildung der Mikroprismen-Deckflächen bewirkt hingegen, daß die auf die Deckflächen unter einem flachen Winkel auftreffenden Lichtstrahlen unter flacheren Winkeln in die Mikroprismenstruktur gebrochen werden, deshalb an der gegenüberliegenden Strukturflanke totalreflektiert werden und das optische Element mit einem ausreichend kleinen Austrittswinkel verlassen.

Die Ausbildung der Mikroprismen-Deckflächen wird vorzugsweise durch eine konvexe oder konkave Krümmung oder Stufung realisiert, wobei sich die Krümmung oder Stufung nicht notwendigerweise über die gesamte Deckflächen erstrecken muß.

Der plattenförmige Kern des optischen Elements wird gemäß der vorliegenden Erfindung entweder aus einem transparenten Block mechanisch herausgearbeitet oder durch Eingießen oder Einspritzen des transparenten Materials in eine entsprechende Form und anschließender Beaufschlagung mit Druck hergestellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Mikroprismenstruktur einer Leuchtenabdeckung im Schnitt;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen optischen Elements;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen optischen Elements;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen optischen Elements;

Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mikroprismenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt gemäß der Linie A-A von Fig. 2 bzw. 4;

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mikroprismenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Mikroprismenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;

Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Mikroprismenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;

Fig. 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Mikroprismenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;

Fig. 10 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Mikroprismenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;

Fig. 11A eine Darstellung des Verlaufes eines Lichtstrahles durch ein herkömmliches optisches Element; und

Fig. 11B eine Darstellung des Verlaufes mehrerer beispielhafter Lichtstrahlen durch ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen in einer perspektivischen Darstellung drei unterschiedliche, beispielsweise als Leuchtenabdeckungen eingesetzte optische Elemente 10, 10' bzw. 10" von der der Lampe (nicht gezeigt) der Leuchte zugewandten Seite. Die optischen Elemente 10, 10', 10" bestehen aus einem lichtdurchlässigen bzw. transparenten Material, wie transparenten Kunststoffen, wie beispielsweise Acrylglas. Die optischen Elemente 10, 10', 10'' bestehen jeweils aus einem plattenförmigen Kern 11, 11' bzw. 11" aus transparentem Material, der an einer Seite mit einer Vielzahl von Mikroprismen 12, 13 besetzt ist. Die Mikroprismen 12, 13 sind dabei derart ausgebildet, daß sie sich unter Bildung von Furchen 22 - von ihren Wurzeln 15 ausgehend - verjüngen. Die Gesamtheit der Deckflächen 14 der Mikroprismen 12, 13 bildet dabei die Lichteintrittsfläche des optischen Elements und die andere Seite 21 des Kerns die Lichtaustrittsfläche des optischen Elements.

Der Elementenkern 11, 11', 11" des erfindungsgemäßen optischen Elements 10, 10', 10" kann auf verschiedene Weise aus einem transparenten Material, vorzugsweise einem transparenten Kunststoffmaterial, wie Acrylglas, hergestellt werden. Als erstes ist hier die Herstellung mittels eines sogenannten Spritz-Prägeverfahrens zu nennen. Dieses Verfahren ist ähnlich dem allgemein bekannten Kunststoffspritzen, erfolgt aber mit einem relativ geringen Spritzdruck. Nach dem Einspritzen des transparenten Materials in die Form wird ein mechanischer Druck auf das noch flüssige Material ausgeübt, so daß dieses in die Strukturen der Form eindringen kann. Weiter ist die Herstellung des Elementenkerns 1 auch mittels eines Heißprägeverfahrens möglich, bei dem das transparente Material in flüssiger Form in eine entsprechende Form eingegossen und anschließend ebenfalls mit Druck beaufschlagt wird, um die Prägung zu erzielen.

Ferner besteht auch die Möglichkeit, einen transparenten Kunststoffblock mechanisch mit den Furchen zu versehen. Dies kann beispielsweise spanabhebend, z. B. mit einem Diamantfräser, oder mittels eines Laserstrahles erfolgen.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des transparenten Kerns 11, 11', 11'' besteht darin, den flüssigen Kunststoff durch einen Extrusionskopf zu drücken. Hierbei können allerdings nur lineare Strukturen von Mikroprismen 13 erzeugt werden.

In dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 weist das optische Element 10 auf der der Lampe der Leuchte zugewandten Seite in Zeilen und Reihen angeordnete Profilierungen in Form von Mikroprismen 12 jeweils gleicher Abmessung und quadratischer Basis auf. Die Mikroprismen 12 sind in Fig. 2, wie im übrigen auch in den Fig. 3 und 4, nur schematisch dargestellt, ihre Form entspricht beispielsweise einem der in den Fig. 5-10 gezeigten und weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele. Durch die matrixartige Anordnung der Mikroprismen 12 des ersten Ausführungsbeispiels des optischen Elements wird eine Querentblendung in beide Richtungen erzielt.

Während in dem ersten Ausführungsbeispiel des optischen Elements 10 die Mikro prismen 12 in Reihen und Zeilen unmittelbar aufeinander folgen, sind die Mikro prismen 12 in dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel des optischen Elements 10' schachbrettartig angeordnet, d. h. zwischen zwei aufeinander folgenden Mikroprismen 12 ist jeweils in Zeilen- und in Reihenrichtung eine Mikroprismen struktur ausgespart, wobei die ausgesparte Fläche hinsichtlich ihrer Länge und Breite der Basisfläche eines Mikroprismas 12 entspricht. Die Mikroprismen haben auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine quadratische Basisfläche. Es ist aber sowohl im Falle des ersten als auch des zweiten Ausführungsbeispiels möglich, als Basisfläche ein anderes, vorzugsweise regelmäßiges, Vieleck vorzusehen.

Das dritte Ausführungsbeispiel des optischen Elements 10'' gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, daß sich die Mikroprismen 13 des optischen Elements 10'' in einer Richtung, zum Beispiel der Zeilenrichtung, über die gesamte Länge des optischen Elements 10" erstrecken, während sie in der anderen Richtung, zum Beispiel der Reihenrichtung, wie bei den optischen Elementen 10, 10' der Fig. 2 und 3 aufeinander folgend angeordnet sind. Analog zu dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es auch hier denkbar, jeweils eine Reihe zwischen zwei Mikroprismenstrukturen 13 auszusparen.

Durch die sich linear erstreckenden Mikroprismen 13 wird eine Querentblendung nur senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Mikroprismen 13 erreicht. Das optische Element 10'' gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eignet sich deshalb insbesondere für Leuchten, in denen längliche Lampen, wie beispielsweise Leuchtstoffröhren, eingesetzt sind. Die Längsrichtung der Lampe verläuft dabei parallel zu der Erstreckungsrichtung der linearen Mikroprismen 13.

Wie in Fig. 4 außerdem angedeutet, sind die Zwischenräume zwischen den angrenzenden Mikroprismen 13 vorzugsweise mit einem reflektierenden Material 20, beispielsweise einer Metallfolie mit hohem Reflexionsvermögen, abgedeckt. Hierdurch wird erreicht, daß nur das Licht, das von der Lampe auf die die Lichteintrittsfläche bildenden Deckflächen 14 der Mikroprismen 13 trifft, durch das optische Element 10'' abgestrahlt wird. Die auf die Abdeckung 20 auftreffenden Lichtstrahlen werden in das Innere der Leuchte zurück reflektiert und von einem in üblicher Weise hinter der Lampe angeordneten Reflektor wieder in Richtung auf das optische Element reflektiert.

Durch eine derartige reflektierende Abdeckung 20 kann der Wirkungsgrad des optischen Elements weiter erhöht werden. Anstelle der in Fig. 4 teilweise gezeigten Abdeckung 20 ist es auch möglich, die Zwischenräume bzw. Furchen 22 zwischen den Mikroprismen 13 vollständig mit einem reflektierenden Material zu füllen. In dieser Weise werden auch die Seitenwände 16 der Mikroprismen 13 total reflektierend ausgebildet, so daß Lichtstrahlen, die von innen auf diese Seitenwände 16 auftreffen, die Mikroprismen 13 nicht verlassen können. Alternativ hierzu können die Seitenwände 16 der Mikroprismen 13 auch mit einem reflektierenden Material beschichtet oder in anderen Art und Weise reflektierend ausgebildet sein.

Die hier am Beispiel des optischen Elements 10'' von Fig. 4 genannten Maßnahmen finden selbstverständlich ebenfalls bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 in analoger Weise Anwendung.

In den Fig. 5 bis 10 sind nun unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Mikroprismen 12, 13 im Schnitt gemäß Linie A-A von Fig. 2 bzw. Fig. 4 dargestellt. Die nachfolgend beschriebenen Mikroprismen 12, 13 können wahlweise in den optischen Elementen 10, 10', 10'' der Fig. 2 bis 4 eingesetzt werden.

Die in Fig. 5 im Schnitt dargestellte Mikroprismenstruktur 12, 13 weist eine Wurzel 15, die im wesentlichen die Lichtaustrittsfläche 21 des optischen Elements bildet, und eine im wesentlichen parallel zu dieser angeordnete, die Lichteintrittsfläche bildende Deckfläche 14 auf. Die Seitenflächen 16 des Mikroprismas 12, 13 verlaufen leicht nach innen geneigt von der Wurzel 15 zu der Deckfläche 14, so daß sich die sich nach außen verjüngende Struktur ergibt. Dieser Neigungswinkel δ/2 der Seitenflächen 16 bestimmt den Furchenwinkel δ zwischen angrenzenden Mikroprismen 12, 13 des optischen Elements 10, 10". Das Mikroprisma 12, 13 hat vorzugsweise eine quadratische bzw. rechteckige Form, kann aber ebenso ein beliebiges anderes, vorzugsweise regelmäßiges, Vieleck sein.

Die Lichteintrittsfläche 14 des Mikroprismas 12, 13 ist im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 5 konkav, d. h. nach innen gekrümmt. Der Grad der erforderlichen Krümmung hängt von den Abmessungen des Mikroprismas 12, 13, genauer gesagt von dem Verhältnis d. h. und von der Brechzahl n des transparenten Materials des Mikroprismas 12, 13 ab. Der Fachmann auf dem Gebiet der Optik wird jedoch ohne weiteres den im Einzelfall erforderlichen Wölbungsgrad der Lichteintritts fläche 14 bestimmen können, um einen maximalen Lichtaustrittswinkel γ_max von etwa 60-70° zu erzielen. Der Effekt der gekrümmten Lichteintrittsfläche 14 wird weiter unten anhand der Fig. 11A und B näher beschrieben.

Das in Fig. 6 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel des Mikroprismas 12, 13 unter scheidet sich von dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Lichteintrittsfläche 14 konvex, d. h. nach außen gekrümmt ist.

Anstelle einer konkav oder konvex gekrümmten Lichteintrittsfläche 14 ist es ebenso möglich, eine stufen- oder kantenförmige Lichteintrittsfläche 14 vorzusehen, wie dies in den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 bis 10 dargestellt ist.

Im Falle der beiden Ausführungsbeispiele von Fig. 7 und 8 setzt sich die Lichteintrittsfläche 14 aus Teilflächen zusammen, die in der Mitte der Lichteintritts fläche 14 unterhalb bzw. oberhalb der (gedachten) Ebene der Lichteintrittsfläche zusammenlaufen und so eine eingesenkte bzw. erhabene Struktur ausbilden. Bei einer quadratischen Basisfläche des Mikroprismas 12 beispielsweise sind diese Teilflächen der Lichteintrittsfläche 14 dreieckförmig.

In dem fünften und dem sechsten Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bzw. 10 setzt sich die Lichteintrittsfläche 14 ebenfalls aus mehreren Teilflächen zusammen. Eine Teilfläche ist parallel zu der Lichtaustrittsfläche 15 und der (gedachten) Ebene der Lichteintrittsfläche 14 etwa in der Mitte der Lichteintrittsfläche 14 und unterhalb bzw. oberhalb der (gedachten) Ebene der Lichteintrittsfläche 14 angeordnet. Die übrigen Teilflächen verbinden diese mittlere Teilfläche mit den Seitenwänden 16 des Mikroprismas 12, 13.

Selbstverständlich können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Kombinationen der oben anhand der Fig. 5 bis 10 beschriebenen Ausführungsformen des Mikroprismas und auch weitere ähnliche Ausgestaltungen ausgewählt werden. Hierbei sind die Deckflächen 14 entweder stetig oder nicht-stetig konkav oder konvex ausgebildet, d. h. immer zumindest in einem Teilbereich der Deckflächen 14 konkav oder konvex.

Anhand der Fig. 11A und B wird nun der Effekt der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Mikroprismenstruktur 12, 13 auf die Wirkungsweise des optischen Elements 10, 10', 10'' im Vergleich zu einer herkömmlichen Mikroprismenstruktur 12, 13 erläutert.

In Fig. 11A ist zunächst ein herkömmliches optisches Element im Schnitt gezeigt. Der Furchenwinkel δ zwischen benachbarten Mikroprismen 1 beträgt etwa 15°, das Rastermaß d der Mikroprismen 1 beträgt etwa 700 µm und die Breite der Licht eintrittsflächen 2 der Mikroprismen etwa 540 µm, so daß sich ein Verhältnis d. h. von etwa 7 : 12 ergibt. In Fig. 11A ist beispielhaft ein einfallender Lichtstrahl 17 gezeigt, der unter einem flachen Einfallswinkel direkt an der Kante 5 auf die Lichteintrittsfläche 2 der Mikroprismenstruktur 1 trifft. Aufgrund der höheren Brechzahl n des transparenten Materials des optischen Elements wird der Lichtstrahl 17 zum Lot auf die Licht eintrittsfläche 2 hin gebrochen. Der gebrochene Lichtstrahl 17' läuft im Innern des Kerns des optischen Elements gerade an der Kante 6 zwischen den benachbarten Mikroprismen 1 vorbei und trifft auf die Lichtaustrittsfläche 3 bzw. in der Ver längerung auf die Lichtaustrittsfläche der Basisfläche. An der Lichtaustrittsfläche wird der Lichtstrahl 17' aufgrund der niedrigeren Brechzahl der Umgebung vom Lot auf die Lichtaustrittsfläche 3 weggebrochen. Der aus dem optischen Element austretende Lichtstrahl 17'' hat einen Austrittswinkel γ, der größer als der maximal erwünschte Austrittswinkel γ_max von etwa 60° ist. Im Fall des herkömmlichen optischen Elements kann also eine Blendung für den Betrachter nicht vollständig ausgeschlossen werden.

Im Gegensatz zu dem herkömmlichen optischen Element von Fig. 11A sind in dem optischen Element gemäß der vorliegenden Erfindung von Fig. 11B Mikroprismen strukturen 12, 13 sowohl mit konkav ausgebildeten Lichteintrittsflächen 14 als mit konvex ausgebildeten Lichteintrittsflächen 14 in einer Zeichnung dargestellt. Beispiel haft sind jeweils zwei Lichtstrahlen 18, die auf die Kanten der konkav ausgebildeten Lichteintrittsflächen 14 treffen, und zwei Lichtstrahlen 19, die auf die Kanten der konvex ausgebildeten Lichteintrittsflächen 14 treffen, gezeigt. Außerdem sind die Furchen 22 zwischen den Mikroprismen 12, 13 mit einer reflektierenden Abdeckung 20 versehen.

Die im Bereich der Kanten auf die konkav oder eingesenkt ausgebildete Lichteintrittsfläche 14 auftreffenden Lichtstrahlen 18 werden aufgrund des anderen Einfallswinkels auf die Lichteintrittsfläche im Vergleich zu dem in Fig. 11A gezeigten Strahlenverlauf stärker zum Lot auf die (gedachte) Ebene der Lichteintrittsfläche hin gebrochen, so daß die im Kern 11, 11', 11" des optischen Elements 10, 10', 10" verlaufenden Lichtstrahlen 18' unter einem steileren Winkel auf die Lichtaustrittsfläche 21 der Mikroprismen 12, 13 bzw. des Kerns 11, 11', 11'' treffen. Diese Lichtstrahlen 18' werden zwar ebenfalls von dem Lot auf die Lichtaustrittsfläche 15 weggebrochen, ihr Austrittswinkel γ übersteigt aber in diesem Fall nicht den maximalen Austrittswinkel γ_max von 60°.

Eine konvexe oder erhabene Ausbildung der Lichteintrittsfläche 14 bewirkt hingegen, daß die im Bereich der Kanten auf die Lichteintrittsfläche 14 unter einem flachen Winkel auftreffenden Lichtstrahlen 19 im Vergleich zu dem in Fig. 11A gezeigten Strahlenverlauf weniger zum Lot auf die (gedachte) Ebene der Lichteintrittsfläche hin gebrochen werden, so daß die Lichtstrahlen 19' auf die Seitenflächen 16 der Mikro prismen 12, 13 treffen und an diesen totalreflektiert werden. Dies hat zur Folge, daß auch die Lichtstrahlen 19' im Vergleich zu dem in Fig. 11A gezeigten Strahlenverlauf unter einem steileren Winkel auf die Lichtaustrittsfläche 21 der Mikroprismen 12, 13 bzw. des Kerns 11, 11', 11'' treffen und somit das optische Element unter einem ausreichend kleinen Austrittswinkel γ verlassen können (19'').

Claims

1. Optisches Element (10, 10', 10'') zur Umlenkung von in dieses eintretenden und wieder aus diesem austretenden Lichtstrahlen (18, 19), derart, daß deren Austritts winkel (γ) begrenzt ist, mit einem plattenförmigen Kern (11, 11', 11'') aus transparentem Material, der an einer Seite mit Mikroprismen (12, 13) besetzt ist, die sich unter Bildung von Furchen (22) - von ihrer Wurzel (15) ausgehend - ver jüngen, wobei die Gesamtheit der Mikroprismen-Deckflächen (14) die Licht eintrittsfläche und die andere Seite (21) des Kerns (11, 11', 11'') die Licht austrittsfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprismen-Deckflächen (14) in stetiger oder nicht-stetiger Form konvex oder konkav ausgebildet sind.

2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprismen-Deckflächen (14) konvex oder konkav gekrümmt sind.

3. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprismen-Deckflächen (14) konvex oder konkav gestuft sind.

4. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (16) der Mikroprismen (12, 13) reflektierend ausgebildet sind, so daß das Licht nicht durch die Seitenflächen (16) aus den Mikroprismen austreten kann.

5. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Furchen (22) zwischen den benachbarten Mikroprismen (12, 13) reflektierend ausgebildet sind, so daß die Lichtstrahlen (18, 19) nur durch die Mikroprismen-Deckflächen (14) in das optische Element (10, 10', 10") eintreten können.

6. Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Furchen (22) zwischen den benachbarten Mikroprismen (12, 13) mit einer Abdeckung (20) aus einem reflektierenden Material abgedeckt sind.

7. Optisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Furchen (22) zwischen den benachbarten Mikroprismen (12, 13) mit einem reflektierenden Material aufgefüllt sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Kern (11, 11', 11") aus einem transparenten Block mechanisch herausgearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung des transparenten Blocks mittels Laserstrahlen erfolgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Material des Kerns (11, 11', 11'') in eine entsprechende Form gegossen oder eingespritzt und anschließend mit Druck beaufschlagt wird.