DE10018831A1 - Reflektoranordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reflektoranordnung zur blendungsminimierten Umlenkung von Licht auf einen zu beleuchtenden Bereich, bei welcher die Reflektorelemente (2a, 2b, 2c) eine Oberflächenform aufweisen, welche in einer Raumrichtung keine Krümmung aufweist und daher einfach herzustellen ist. Mit derartigen Reflektorelementen lassen sich z. B. sechseckige bzw. allgemein polygonale Strukturen herstellen. Es kann auch vorgesehen sein, daß die Reflektorelemente aus kreisringförmig und konzentrisch angeordneten Rinnen (Torushälften) bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft Reflektoranordnungen zur blendungs­ minimierten Umlenkung von Licht auf einen zu beleuchtenden Bereich, enthaltend mehrere Reflektorelemente mit einer räumlich gekrümmten Reflexionsfläche.

Bei der Beleuchtung von Nutzflächen wie zum Beispiel Wohnbe­ reichen, Arbeitsplätzen, Straßen, Innenhöfen oder Hofräumen tritt das Problem auf, dass für eine ausreichende Beleuch­ tung der Fläche die Intensität der Lichtquelle so hoch ge­ wählt werden muss, dass eine direkt in die Lichtquelle blic­ kende Person geblendet werden kann. Eine Blendung tritt dann ein, wenn die Lichtquelle sehr viel heller erscheint als ih­ re Umgebung.

Um eine derartige Blendung durch eine Lichtquelle zu verrin­ gern, wird in der CH 627 252 A eine Reflektoranordnung der eingangs genannten Art, bestehend aus einer Mehrzahl von ty­ pischerweise 25 bis 100 Reflektorelementen, vorgeschlagen, wobei jedes der Reflektorelemente das Licht einer Lichtquel­ le auf die auszuleuchtende Fläche verteilt. Insgesamt wird somit der auszuleuchtenden Fläche dieselbe Lichtmenge zuge­ führt wie bei einer direkten Beleuchtung durch die Licht­ quelle. Durch die Reflektoranordnung wird jedoch die Licht­ quelle in eine der Anzahl der Reflektorelemente entsprechende Vielzahl von scheinbaren kleineren Lichtquellen aufge­ teilt, wobei jede dieser Einzellichtquellen nur einen ent­ sprechenden Bruchteil der Helligkeit der Originallichtquelle aufweist. Bei einem Blick in die Reflektoranordnung sieht der Betrachter somit eine Vielzahl von schwächeren Licht­ quellen, so dass die Gefahr der Blendung durch eine einzelne Lichtquelle herabgesetzt ist.

Unter Berücksichtigung der physiologischen Grundlagen eines Blendungseffektes wird darüber hinaus in der EP 0 479 042 B1 eine Vorschrift angegeben, wie eine Reflektoranordnung ent­ sprechend der CH 627 252 A gegenüber der auszuleuchtenden Fläche und dem Aufenthaltsort des Betrachters anzuordnen und wie sie zu dimensionieren ist, damit eine Blendung bei gleichzeitig ausreichender Helligkeit vermieden wird. Durch die Vorschrift wird kontrolliert, dass einerseits die Größe der an der Reflektoranordnung wahrnehmbaren Lichtflächen ein Maximum nicht überschreitet und dass andererseits der Ab­ stand der wahrnehmbaren Lichtflächen über einem Minimum liegt, so dass diese vom Auge noch als getrennte Lichtflä­ chen wahrgenommen werden.

Den oben genannten Reflektoranordnungen ist gemeinsam, dass die Reflektorelemente, aus denen sie sich zusammensetzen, die Form einer Kalotte aufweisen. Eine Kalotte ist ein zu­ sammenhängender Teil einer Kugelfläche wie zum Beispiel die Oberfläche einer Halbkugel. Im vorliegenden Fall soll der Begriff der Kalotte Teilflächen einer Kugeloberfläche und hierzu ähnliche Flächen einschließen, insbesondere Flächen mit einem im Querschnitt parabolischen statt streng kreisbo­ genförmigen Verlauf. Die Reflexionsfläche eines solchen ka­ lottenförmigen Reflexionselementes ist dadurch gekennzeich­ net, dass sie an jedem Punkt in alle Raumrichtungen gekrümmt ist. Die Herstellung derartiger kalottenförmiger Reflektorelemente ist aufgrund der kompliziert gekrümmten Form ver­ hältnismäßig aufwendig und daher teuer. Da die Kosten der gesamten Reflektoranordnung wesentlich durch die Herstel­ lungskosten der Reflektorelemente bestimmt werden, steht diese aufwendige Herstellung somit einer weiten Verbreitung der Reflektoranordnung im Wege. Weiterhin ist zu beachten, dass die kalottenförmigen Reflektorelemente bei der Herstel­ lung der gesamten Reflektoranordnung vorzugsweise lückenlos aneinander gefügt werden, was aufgrund der einzuhaltenden geometrischen Bedingungen an den Stoßkanten der Reflekto­ relemente nur eine begrenzte Auswahl von Anordnungen zu­ lässt. Das sich einem Betrachter beim Blick in die Reflekto­ ranordnung bietende Bild virtueller Lichtquellen ist somit auf bestimmte Strukturen begrenzt, die in der Regel aus ei­ nem regelmäßigen rechteckigen Raster bestehen.

Vor diesem Hintergrund war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reflektoranordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche kostengünstiger herzu­ stellen ist und hinsichtlich ihrer Strukturierung eine grö­ ßere Flexibilität bietet.

Diese Aufgabe wird durch eine Reflektoranordnung zur blen­ dungsminimierten Umlenkung von Licht auf eine zu beleuchten­ de Fläche gelöst, welche mehrere Reflektorelemente mit einer räumlich gekrümmten Reflexionsfläche enthält. Bei der Re­ flektoranordnung weist mindestens eines der Reflektorelemen­ te eine in eine Raumrichtung ungekrümmte Reflexionsfläche auf. Die Reflexionsfläche lässt sich mathematisch in karte­ sischen Koordinaten x, y, z durch eine Funktion f beschrei­ ben, wobei die Bildwerte z = f(x, y) dieser Funktion defini­ tionsgemäß auf der Reflexionsfläche liegen. Bei einer so be­ schriebenen Reflexionsfläche lässt sich die fehlende Krüm­ mung in einer Raumrichtung, die ohne Beschränkung der Allgemeinheit als die x-Richtung angenommen werden kann, durch die Bedingung

definieren. Typischerweise lässt sich eine derartige Refle­ xionsfläche als Teil einer Zylinderoberfläche mit der x- Achse als Zylinderachse beschreiben, wobei die Grundfläche des Zylinders neben der strengen Kreisform auch allgemeinere Formen zum Beispiel die eines Ellipsoides aufweisen kann. Vorzugsweise ist die Mehrheit der Reflektorelemente und be­ sonders bevorzugt sind alle Reflektorelemente der Reflekto­ ranordnung in der geschilderten Weise geformt.

Reflektorelemente, die in einer Raumrichtung ungekrümmt sind, lassen sich im Vergleich zu Kalotten erheblich einfa­ cher herstellen. Derartige Reflektorelemente haben im allge­ meinen die Form einer Rinne, welche sich in einfacher Weise aus einem Material rollen lässt. Demgegenüber benötigt man zur Herstellung von Kalotten für jede gewünschte Kalotten­ größe und -form spezielle Werkzeuge. Die erfindungsgemäßen Rinnen beziehungsweise zylindrischen Strukturen kann man da­ gegen in jeder gewünschten Größe und Krümmung durch entspre­ chendes Rollen herstellen und anschließend auf eine ge­ wünschte Länge abschneiden. Die in Rede stehenden Rinnen können konvex oder konkav gestaltet sein.

Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Reflektorelemente in ihrer Längenausdehnung unabhängig von der optischen Größe des Bildes einer reflektierten Lichtquelle. Die optischen Eigenschaften der Reflektoranordnung können somit weitgehend unabhängig von der ästhetischen Gestaltung der Reflektor­ anordnung vorgenommen werden, welche nicht zuletzt durch die Länge der Reflektorelemente bestimmt wird. Demgegenüber ist die Größe von Kalotten durch die angestrebten beziehungsweise vorgegebenen optischen Abbildungseigenschaften begrenzt, so dass bezüglich des Designs der Reflektoranordnung kein größerer Spielraum besteht.

Eine Reflektoranordnung mit in einer Raumrichtung unge­ krümmten Reflektorelementen besteht in der Aufsicht gesehen vorzugsweise aus konzentrisch angeordneten Polygonringen, deren Kanten durch die erfindungsgemäßen Reflektorelemente gebildet werden. Eine derartige Reflektoranordnung lässt sich durch die regelmäßige Polygonstruktur einfach herstel­ len, da sie aus vielen gleichartig geformten und damit gleich herstellbaren Elementen besteht. Gleichzeitig wird durch die Polygonstruktur ein ästhetisch ansprechendes De­ sign erzielt.

Eine Reflexionsfläche, welche in einer Raumrichtung unge­ krümmt verläuft, weist in einem senkrecht zu dieser Raum­ richtung geführten Querschnitt vorzugsweise einen kreisbo­ genförmigen oder paraboloiden Verlauf auf. Insbesondere die Parabelform ist dabei aus Gründen ihrer optischen Abbil­ dungseigenschaften bevorzugt. Es sind aber auch beliebige andere Formen denkbar.

Eine andere Ausgestaltung der Reflektoranordnung der ein­ gangs genannten Art zur blendungsminimierten Umlenkung von Licht auf eine zu beleuchtende Fläche, welche mehrere Re­ flektorelemente mit einer räumlich gekrümmten Reflexionsflä­ che enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ei­ nes der Reflektorelemente eine Reflexionsfläche aufweist, die ein Teil eines Torus ist. Ein Torus im strengen Sinne ist ein geometrischer Körper, der sich durch Rotation eines Kreises um einen außerhalb des Kreises gelegenen Punkt und eine nicht in der Fläche des Kreises gelegene und nicht aus­ schließlich senkrecht zum Kreis stehende Rotationsachse ergibt. Vorliegend sollen unter einem Torus auch zu der ge­ nannten Form ähnliche Formen verstanden werden, welche sich zum Beispiel durch eine entsprechende Rotation eines Ellip­ soides ergeben.

Eine solche erfindungsgemäße Reflexionsfläche lässt sich einfacher herstellen als Kalottenflächen und erlaubt neue gestalterische Möglichkeiten sowie neue optische Effekte. Ein derartiges Reflexionselement kann zum Beispiel die Form einer ringförmig geschlossenen Rinne aufweisen.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Reflektorelement von quasi beliebiger Länge (Umfang des Torus) hergestellt werden. Dementsprechend ändert sich auch nicht die Blendwir­ kung einer vom Reflektorelement abgebildeten Lichtquelle mit zunehmender Größe des Reflektorelementes, so dass sich für das Design der Reflektoranordnung völlig neue Möglichkeiten ergeben. Demgegenüber ist die Größe von kalottenförmigen Re­ flektorelementen dadurch begrenzt, dass man die Größe des virtuellen Bildes einer Lichtquelle zur Vermeidung einer Blendung begrenzen muss.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Reflektoranordnung sind alle Reflektorelemente mit einer Reflexionsfläche der genannten Form des Teiles eines Torus ausgebildet. Insbeson­ dere kann eine solche Reflektoranordnung in der Aufsicht aus konzentrisch angeordneten, kreisringförmigen Reflektorele­ menten der genannten Art bestehen. Eine solche Reflekto­ ranordnung hat demnach grundsätzlich die von Leuchten be­ kannte Kreisform, welche sie durch Aneinanderfügen ähnlicher ringförmiger Reflektorelemente unterschiedlichen Durchmes­ sers erzielt. Die Gesamtgröße der Reflektoranordnung kann dabei durch eine entsprechende Anzahl von Kreisringen nach Belieben festgelegt werden, während sich die optischen Größen wie die Lichtintensität der Reflexionen und der vom Be­ trachter wahrgenommene Abstand der Bilder einer Lichtquelle durch die Krümmung der ringförmigen Reflektorelemente und deren Breite weitgehend unabhängig voneinander einstellen lassen.

Mit derartigen Reflektorelementen lassen sich beispielsweise auch polygonale Strukturen herstellen.

Die gesamte reflektierende Fläche der Reflektoranordnung wird vorzugsweise lückenlos aus Reflexionsflächen von erfin­ dungsgemäßen Reflektorelementen zusammengesetzt. Dabei kön­ nen Reflektorelemente, die die Form des Teiles eines Torus haben, oder in einer Raumrichtung ungekrümmte Reflektorele­ mente ausschließlich verwendet oder miteinander kombiniert werden.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren bei­ spielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine sechseckige Reflektoranordnung aus kon­ zentrischen geraden Rinnenabschnitten im Querschnitt, in der Aufsicht und in einer Perspektive;

Fig. 2 eine quadratische Reflektoranordnung aus konzentri­ schen geraden Rinnenabschnitten im Querschnitt, in der Aufsicht und in einer Perspektive;

Fig. 3 eine quadratische Reflektoranordnung aus parallelen geraden Rinnenabschnitten im Querschnitt, in der Aufsicht und in einer Perspektive;

Fig. 4 eine Reflektoranordnung aus Teilquadraten, welche ihrerseits aus dreieckigen Stücken aus in einer Raumrichtung ungekrümmten Reflektorelementen zusam­ mengesetzt sind, im Querschnitt in der Aufsicht und in einer Perspektive;

Fig. 5 verschiedene andere Kombinationsmöglichkeiten von Reflektorelementen in der Aufsicht;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur mathematischen Re­ präsentation eines Reflektorelementes.

Fig. 7 eine Reflektoranordnung aus konzentrischen, rinnen­ förmigen Reflektorelementen im Querschnitt, in der Aufsicht und in einer Perspektive.

Fig. 8 eine konzentrisch ausgebildete und abwechselnd kon­ vex-konkav ineinander verlaufend gestaltete Reflek­ toranordnung im Querschnitt und in einer Perspektive.

Die Erfindung betrifft eine Reflektoranordnung, die insbe­ sondere zur blendungsfreien Umlenkung von Licht einer oder mehrerer Lichtquellen auf eine zu beleuchtende Fläche ver­ wendet werden kann. Die Reflektoranordnung setzt sich dabei vorzugsweise lückenlos aus einer Mehrzahl von in besonderer Weise geformten Reflektorelementen zusammen.

In den Fig. 1 bis 5 sind Reflektoranordnungen darge­ stellt, welche aus Reflektorelementen bestehen, die in einer Raumrichtung ungekrümmt sind. Die mathematische Beschreibung solcher Reflektorelemente wird nachfolgend mit Hilfe der Fig. 6 erläutert.

Die in Fig. 6 dargestellte Fläche lässt sich mathematisch als die Menge aller Punkte (x, y, z) beschreiben, für welche z eine bestimmte Funktion von x und y ist, das heißt

z = f(x, y)

x und y sind dabei auf durch die Ausdehnung der Fläche vor­ gegebene Intervalle begrenzt. Die Raumrichtung, in welcher die Fläche ungekrümmt verlaufen soll, kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit (beziehungsweise durch eine entsprechende Drehung einer beliebig liegenden Fläche) mit der x-Richtung identifiziert werden. Das Fehlen einer Krümmung ist dann gleichbedeutend damit, dass an jedem Punkt (x, y, z) der Flä­ che die Steigung in x-Richtung Null ist:

Die in der Praxis verwendeten erfindungsgemäßen Reflektor­ flächen haben im allgemeinen eine Form, die sich als Teil einer Zylinderoberfläche beschreiben lässt. Solche Formen lassen sich zum Beispiel durch Rollen eines geeigneten Mate­ rials sehr einfach herstellen.

Fig. 1 zeigt eine erste Art von Reflektoranordnung, wie sie sich aus Reflektorelementen 2a, 2b, 2c herstellen lässt, die jeweils Abschnitt einer gerade verlaufenden Rinne sind. Die Rinne kann dabei im Querschnitt einen kreisbogenförmigen oder vorzugsweise paraboloiden Verlauf haben (vgl. oberen Teil von Fig. 1). Die Reflektorelemente 2a, 2b und 2c sind so geformt und aneinanderstoßend parallel zueinander ange­ ordnet, dass sie zusammen ein gleichschenkeliges Dreieck mit einem Winkel von 60° an der Spitze bilden. Hierdurch können sechs derartige Dreiecke mit ihren Spitzen in einem Zentrum nebeneinander angeordnet werden, so dass sich insgesamt die dargestellte sechseckige, regelmäßige Struktur ergibt. Diese hat einerseits eine ästhetisch ansprechende Form und ist an­ dererseits verhältnismäßig einfach aus gleichartigen Elemen­ ten herstellbar. Die rinnenförmigen Reflektorelemente 2a, 2b, 2c können durch Anbringung entsprechender Gehrungsschnitte aus einer langen, zum Beispiel durch Rollen herge­ stellten Rinne abgeschnitten werden.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Reflektoranordnung dargestellt, bei der die rinnenförmigen Reflektorelemente 3a, 3b, 3c an ihren Enden mit Gehrungsschnitten unter 45° abgeschnitten sind, so dass sie sich zu konzentrischen Quadraten zusammen­ setzen lassen. Analog zum Beispiel der Fig. 1 und 2 ist es möglich, beliebige polygonale Strukturen wie zum Beispiel Achtecke und dergleichen herzustellen.

Fig. 3 zeigt eine einfache Ausgestaltung, bei welcher gera­ de, rinnenförmige Reflektorelemente 4 parallel zueinander zu einem Rechteck bzw. Quadrat angeordnet sind. Eine solche An­ ordnung ist besonders einfach herzustellen und für viele Nutzanwendungen ausreichend.

Fig. 4 ist ein Beispiel dafür, dass auch aufwendigere Ge­ staltungen möglich sind. Bei der Reflektoranordnung von Fig. 4 sind dreieckige Reflektorelemente 3c aus einer geraden Rinne ausgeschnitten und mit ihren Spitzen zu einem kleinen Quadrat zusammengesetzt. Mehrerer solcher kleinen Quadrate lassen sich dann zu einem großen Quadrat oder jeder anderen gewünschten räumlichen Form zusammensetzen. Die Reflektor­ elemente 3c entsprechen in ihrer Form den kleinsten Reflek­ torelementen 3c der Anordnung gemäß Fig. 2. Dementsprechend kann das innerste aus Reflektorelementen 3c gebildete Qua­ drat von Fig. 2 als Baustein für die Reflektoranordnung nach Fig. 4 angesehen werden.

Fig. 5 zeigt in der Aufsicht weitere verschiedene Re­ flektoranordnungen, die sich durch die Verwendung erfin­ dungsgemäßer Reflektorelemente herstellen lassen. Die durch diese Reflektorelemente gegebenen Gestaltungsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Dessen ungeachtet lassen sie sich alle durch Verwendung der erfindungsgemäßen und einfach her­ zustellenden Reflektorelemente erzielen.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausgestaltung setzt sich die Reflektoranordnung aus drei Reflektorelementen 1a, 1b und 1c zusammen, wobei jedes dieser Reflektorelemente die Form ei­ ner zu einem Kreisring geschlossenen Rinne aufweist. Ein solches Reflektorelement lässt sich auch als Teil der Fläche eines Torus beschreiben, und zwar vorliegend als ein solcher Teil, der sich durch den Schnitt des Torus mit einer zur To­ rusebene parallelen Ebene ergibt (z. B. Torushälfte).

Die drei kreisförmigen Ringe 1a, 1b und 1c sind lückenlos konzentrisch aneinander gefügt, was aufgrund ihrer aufeinan­ der abgestimmten Durchmesser möglich ist. Das heißt, dass der äußere Durchmesser einer Rinne 1b dem inneren Durchmes­ ser der benachbarten, radial weiter außen gelegenen Rin­ ne 1a entspricht. Auf diese Weise kann eine quasi beliebig große Reflektorfläche zusammengesetzt werden, wobei typi­ scherweise eine erheblich größere Anzahl als die in Fig. 7 dargestellten drei Reflektorelemente zum Einsatz kommt.

Im Querschnitt können die Rinnen 1a, 1b und 1c einen kreis­ bogenförmigen oder vorzugsweise paraboloiden Verlauf aufwei­ sen (vgl. oberen Teil von Fig. 7). Zur Reflexion kann sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Reflektoranordnung verwendet werden, wobei die verwendete Seite dann mit einer geeigneten Reflexionsbeschichtung mit möglichst hohem Refle­ xionsgrad versehen ist.

Die in Fig. 7 dargestellte Reflektoranordnung hat den Vor­ teil, dass sie sich einfacher herstellen lässt als die aus dem Stand der Technik bekannten Reflektoranordnungen mit einem Raster von Kalotten. Ferner erlaubt die längliche Struk­ tur der Reflektorelemente 1a, 1b, 1c ein neues, ästhetisch ansprechendes Design, wobei sich auch der Abstand von durch Reflexion entstehenden Bildern einer Lichtquelle unabhängig von der Größe dieser Bilder einstellen lässt. Der Abstand der Bilder wird nämlich durch die Breite der Rinnen 1a, 1b, 1c bestimmt, während die Größe der Bilder durch die Krümmung der Rinnen festgelegt wird.

Weiterhin hat die Anordnung den Vorteil, dass das Refle­ xionsbild einer Lichtquelle, welches ein Benutzer beim Blick in die Reflektoranordnung sieht, ein anderes ist als das stereotype Rasterbild, welches sich bei üblichen Kalottenan­ ordnungen zwangsläufig einstellt.

Fig. 8 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine konzentrisch ausgebildete und abwechselnd konvex/konkav ineinander verlaufend gestaltete Reflektoranordnung im Quer­ schnitt und in einer Perspektive.

Claims (8)

1. Reflektoranordnung zur blendungsminimierten Umlen­ kung von Licht auf einen zu beleuchtenden Bereich, enthaltend mehrere Reflektorelemente mit einer räum­ lich gekrümmten Reflexionsfläche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Reflektorelemente (2-5) eine in eine Raumrichtung ungekrümmte Reflexionsfläche aufweist.

2. Reflektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Aufsicht aus konzentrisch angeordneten Polygonringen besteht, de­ ren Kanten durch die genannten Reflektorelemente ge­ bildet werden.

3. Reflektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Refle­ xionsfläche (1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 4, 5) im Querschnitt einen kreisbogenförmigen oder pa­ raboloiden Verlauf aufweist.

4. Reflektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Fläche der Reflektoranordnung lückenlos aus Reflexionsflächen von Reflektorelementen zusammengesetzt ist.

5. Reflektoranordnung zur blendungsminimierten Umlen­ kung von Licht auf einen zu beleuchtenden Bereich, enthaltend mehrere Reflektorelemente mit einer räum­ lich gekrümmten Reflexionsfläche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Reflektorelemente (1a, 1b, 1c) eine Reflexionsfläche aufweist, die Teil eines Torus ist.

6. Reflektoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Aufsicht aus konzentrisch angeordneten, kreisringförmigen Reflek­ torelementen (1a, 1b, 1c) besteht.

7. Reflektoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, daß die Reflektoran­ ordnung abwechselnd konvex/konkav ineinander verlau­ fend gestaltet ist.

8. Reflektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorelemente auf der Basis von Lochblech hergestellt sind.