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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine IR-Strahleranordnung.
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Die
Versorgung von Räumen
mit infrarotem Licht (IR-Licht) beispielsweise zur Übertragung
von Informationen ist seit einigen Jahren bekannt. Ein drahtloser
Kopfhörer
wird beispielsweise auf der Basis von frequenz- oder phasenmoduliertem
IR-Licht (zum Beispiel SI/HDI 406 von Sennheiser) betrieben.
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Durch
die Verwendung von mehreren Leuchtdioden, welche infrarotes Licht
aussenden, wird ein Raum entsprechend ausgeleuchtet. Um einen IR-Lichtempfänger mit
einem genügend
hohen Signal-Rauschabstand S/N betreiben zu können, muss sich der IR-Lichtempfänger in
einem Bereich mit einer ausreichenden Leuchtdichte befinden. Um diesen
Bereich mit ausreichender Leuchtdichte, beispielsweise vor einem
Fernsehgerät
zu vergrößern, werden
mehrere IR-LEDs in dem IR-Sender verwendet. Zur weiteren Verbesserung
der Ausleuchtung können
die jeweiligen IR-Sender in unterschiedliche Raumwinkel ausgerichtet
sein. Bei einem drahtlosen IR-Kopfhörer können beispielsweise bis zu
12 IR-LEDs in den
Sendern verwendet werden, um eine möglichst gleich gute Übertragung
in einem (Wohn-)Raum zu gewährleisten.
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Ferner
wird IR-Licht zur Informationsübertragung
für drahtlose
IR-Kopfhörer
bei großen
Konferenzen verwendet, um unterschiedliche Sprachen sowie deren Übersetzung
an die jeweiligen Konferenzteilnehmer zu übermitteln. Dabei können bis
zu 32 verschiedene Kanäle
vorhanden sein, wie beispielsweise das System 1029 von Sennheiser.
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Eines
der größten Probleme
in einem derartigen Umfeld zur Informationsübertragung mittels IR-Licht
stellt die möglichst
gleichmäßige Ausleuchtung
eines Konferenzraumes oder eines Theatersaales mit infrarotem Licht
dar, um ein hohes S/N in den jeweiligen IR-Empfängern zu erhalten und somit
eine hohe Übertragungsqualität zu gewährleisten.
Typischerweise werden dabei die benötigten IR-Strahler mit mehreren hundert Einzel-IR-LEDs
verwendet, welche wiederum in unterschiedliche Raumwinkel ausgerichtet
sind, um einen breiten Ausleuchtwinkel zu gewährleisten. Eine Ausrichtung
der jeweiligen Einzel-IR-LEDs in unterschiedliche Raumwinkel ist notwendig,
weil die jeweiligen Einzel-IR-LEDs das IR-Licht als Einzelbauelemente gerichtet
abstrahlen.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine IR-Strahleranordnung
vorzusehen, welche eine gleichmäßige Ausleuchtung
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine IR-Strahleranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Somit
wird eine IR-Strahleranordnung vorgesehen, welche eine Vielzahl
von lichtemittierenden Einheiten mit einem IR-Spektrum aufweist.
In dem Strahlengang der IR-lichtemittierenden Einheiten sind mindestens
eine optische Einheit derart angeordnet, dass der Raumwinkel der
IR-Strahlung verbreitert wird.
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Durch
eine Verbreiterung des Raumwinkels der IR-Strahlung kann ein auszuleuchtender
Raum gleichmäßiger ausgeleuchtet
werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die optische Einheit als ein
Reflektor ausgestaltet. Durch die Reflektion der IR-Strahlung wird diese
IR- Strahlung diffuser
und somit gleichmäßiger verteilt.
Somit wird die Gefahr für
ein direkt in die IR-Strahlung hineinschauendes Auge verringert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind sowohl IR-Licht
als auch sichtbares Licht emittierende Einheiten derart vorgesehen,
dass deren Strahlengang im Wesentlichen parallel verläuft.
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Die
Erfindung beruht dabei auf dem Gedanken, einzelne IR-LEDs bzw. eine
Anzahl von einzelnen IR-LEDs mit einer optischen Einheit zu versehen, welche
den Raumwinkel des ausgestrahlten IR-Lichts verbreitert, so dass
sich das ausgestrahlte Licht gleichmäßiger verteilt. Durch die gleichmäßigere Raumausleuchtung
werden weniger IR-Strahler benötigt.
Ferner ist eine gleichmäßige Ausleuchtung ohne
Bereiche mit besonders hoher Lichtkonzentration vorteilhaft, da
der IR-Empfänger
somit nicht in einem extrem hohen Dynamikbereich arbeiten muss. Somit
verringern sich die Signalverzerrungen und es werden verbesserte Übertragungseigenschaften
erreicht.
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Weitere
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert.
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1 zeigt
eine IR-Strahleranordnung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 zeigt
eine IR-Strahleranordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt
eine IR-Strahleranordnung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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4 zeigte
eine Strahleranordnung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel;
und
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5 zeigt
eine Strahleranordnung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung von 1 werden einzelne IR-LEDs IRE
bzw. eine Gruppe von einzelnen IR-LEDS oder IR-Laser in einem IR-Strahler
mit einer optischen Einheit OE versehen, welche dazu ausgestaltet
ist, den Raumwinkel der von den einzelnen IR-LEDs IRE erzeugten
IR-Strahlung zu
verbreitern. Dies lässt
sich beispielsweise durch eine einfache Streuscheibe oder durch
ein mikrooptisches Linsenarray erreichen. Durch den breiteren Raumwinkel
der IR-Strahlung wird die durch den IR-Strahler IRS hervorgerufene Ausleuchtung
gleichmäßiger verteilt.
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Wenn
beispielsweise ein IR-Strahler IRS in einen vorgegebenen Raum installiert
wird, um diesen Raum mit einer IR-Strahlung auszuleuchten, kann die
Anzahl der benötigten
IR-Strahler reduziert werden, da die IR-Strahler IRS gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
durch die breiteren Raumwinkel der IR-Strahlung derart ausgestaltet
sind, dass weniger IR-Strahler IRS benötigt werden, um eine gleichmäßige Raumausleuchtung
zu gewährleisten.
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Durch
die gleichmäßige Raumausleuchtung werden
weniger IR-LEDs benötigt.
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Durch
die gleichmäßigere Ausleuchtung werden
ferner Zonen mit besonders hoher Lichtkonzentration im Vergleich
zu den restlichen Raumbereichen vermieden, so dass die entsprechenden IR-Empfänger nicht
in dem extrem großen
Dynamik-Bereich
arbeiten müssen.
Somit ist der Unterschied zwischen einer für den Empfang ausreichenden
IR-Leuchtdichte und einer sehr hohen Leuchtdichte wie beispielsweise
in unmittelbarer Nähe
eines IR-Strahlers verringert, so dass sich geringere Signalverzerrungen
und somit eine verbesserte Übertragungseigenschaft
ergeben.
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Gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung von 2 wird ein IR-Strahler IRS mit einzelnen
IR-LEDs oder IR-Laser IRE vorgesehen, wobei die IR-Strahlung über IR-lichtreflektierende Flächen abgestrahlt
wird. Somit wird das IR-Licht nicht
mehr direkt oder unmittelbar auf einen IR-Empfänger bzw. auf den Träger eines
derartigen Empfängers,
sondern indirekt bzw. mittelbar durch die Reflektionen an den IR-lichtreflektierenden
Flächen
IRF zu dem IR-Empfänger geleitet.
Dies erweist sich insbesondere dahingehend als vorteilhaft, als
die deutlich gesteigerten Wirkungsgrade der IR-LEDs ein Problem
hinsichtlich der Gefährdung
des Auges darstellen können
wenn der Anwender direkt in den IR-Strahler blickt. Die Leuchtdichte der
einzelnen IR-LEDs ist dabei so hoch, dass sie in absehbarer Zeit
die Sicherheitsklasse für
Laser erreichen wird. Während
bei LED-Scheinwerfern bzw. Lampen mit sichtbarem Lichtspektrum ein
automatischer Schutzreflex gegeben ist, der auch verhindert, dass
man direkt in die Sonne oder in einen Scheinwerfer oder eine Lampe
blickt, funktioniert dieser Schutzreflex jedoch nicht mehr bei IR-Licht,
so dass eine mögliche Gefährdung des
Auges aufgrund von IR-Licht mit hoher Leuchtdichte vorhanden ist.
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Ein
Strahler gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist einen IR-Licht abstrahlenden Scheinwerfer IRS
auf. Dabei werden hocheffektive IR-Lichtquellen wie beispielsweise IR-LEDs
oder IR-OLEDs sowie IR-Laser verwendet. Der Scheinwerfer bzw. der
Strahler strahlt einen IR-Reflektor IRF an, welcher an der Decke
oder an der Wand eines Raumes angeordnet sein kann. Alternativ dazu
kann der Reflektor Bestandteil des Strahlers sein. Das von dem IR-Reflektor zurückgeworfene
IR-Licht ist dabei diffus und weist eine geringere Leuchtdichte
auf. Es gewährleistet
somit eine optimale Ausleuchtung eines Raumes, ohne dabei die Augen
zu gefährden,
weil nicht unmittelbar in den IR-Strahler
hineingeblickt werden kann. Zum Vermeiden eines direkten Einblickes
in den IR-Strahler können
geeignete mechanische Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Blende,
eine Montage in größerer Höhe oder
Lichtführungs-/Abschattungselemente, angeordnet
werden. Die Verwendung von lichtreflektierenden Flächen bzw.
Reflektoren ist ebenfalls dazu geeignet, den Raumwinkel des IR-Lichts bzw. der IR-Strahlung
zu verbreitern, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht
wird.
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Gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel von 3 wird
ein IR-Strahler IRS vorgesehen, welcher mit einem Strahler für sichtbares
Licht SLS basierend auf LED ausgestaltet ist. Alternativ dazu kann der
Scheinwerfer auch ohne LEDs realisiert werden. Wenn die Strahlenachsen
des sichtbaren Lichts und des IR-Lichts
SG1, SG parallel verlaufen, wird eine Person in einem Raum mit einem derartigen
Strahler automatisch bzw. reflexhaft nicht in das helle sichtbare
Licht und somit nicht in das hochkonzentrierte IR-Licht schauen.
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Gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der
Erfindung von 4 wird eine IR-Lichtquelle IRS mit
einem Video-Beamer VBE, wie er für
PC-Präsentationen
verwendet wird, kombiniert. Dazu kann das von dem Video-Beamer VBE
an eine Leinwand bzw. Präsentationsfläche W projizierte
sichtbare Bild SG2 von einem unsichtbaren IR-Leuchtfeld SG überlagert werden.
Dieses IR-Leuchtfeld SG garantiert dabei die gewünschte IR-Ausleuchtung. Hierbei
können der
Video-Beamer und
der IR-Scheinwerfer bzw. der IR-Strahler als zwei getrennte Einheiten
ausgestaltet sein, wobei der Strahlenverlauf des sichtbaren Lichts des
Video-Beamers und
der Strahlenverlauf des IR-Lichts des IR-Scheinwerfers weitgehend
parallel ausgestaltet sind. Alternativ dazu kann der IR-Strahler
als Bestandteil des Video-Beamers derart ausgestaltet sein, dass
der Strahlenverlauf des sichtbaren Lichts des Video-Beamers und
der Strahlenverlauf des IR-Lichts des IR-Strahlers identisch sind. Hierbei kann
das IR-Licht aus den IR-Lichtquellen wie beispielsweise IR-LEDs,
IR-OLEDs oder IR-Laser in den Strahlengang des Beamers für sichtbares
Licht durch optische Mittel wie beispielsweise Spiegel, Prismen oder
dergleichen eingekoppelt werden. Alternativ dazu kann das sichtbare
Licht des Video-Beamers durch LED-Lichtquellen erzeugt werden, welche Komponenten
des sichtbaren Lichts (R-, G-, B-Bestandteile) erzeugen, so dass
ein Farbrad vermieden werden kann. Zusätzliche IR-Lichtquellen wie
beispielsweise IR-LED, IR-OLED können
dann in den Strahlengang des sichtbaren Lichts aufgenommen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass diese IR-Lichtquellen dauernd aktiv
sind, während
die Lichtquellen für
das sichtbare Licht entsprechend der Farbverteilung aktiviert werden.
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Um
die von den IR-Strahlern abgestrahlten Informationen detektieren
zu können,
sind IR-Empfänger
mit entsprechenden Empfangsdioden vorgesehen. Vor den Empfangsdioden
sind Filter angeordnet, die nur das IR-Licht von den IR-Strahlern mit der abgestrahlten
Wellenlänge
durchlassen. Alternativ dazu wird sichtbares und auch IR-Licht,
welches nicht der Sendewellenlänge
entspricht, ganz oder teilweise gefiltert werden.
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Eine
Verbreiterung des Raumwinkels der IR-Strahlung kann durch optische
Einheiten im Strahlengang, wie beispielsweise eine Streuscheibe,
ein mikrooptisches Linsenarray, ein Reflektor oder eine IR-reflektierende
Fläche
im Strahlengang etc. erreicht werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung – basierend
auf einem oder einer Kombination der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele – von 5 werden
LEDs, welche im sichtbaren Lichtspektrum abstrahlen, mit IR-LEDs
oder IR-Laser kombiniert, welche im IR-Spektrum abstrahlen. Um über die
IR-LEDs Informationen drahtlos in einen Raum abzustrahlen, muss
das Licht der IR-LEDs entsprechend moduliert werden. Dazu können die IR-LEDs
zusätzliche
Steckverbinder für
Audiosignale aufweisen. Neben der Spannungsaufbereitung für die LEDs
kann auch die Elektronik für
die Modulation dort enthalten sein. Für digitale Übertragungstechniken kann zusätzlich eine
A/D-Wandlung vorgenommen werden.
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Wenn
Gruppen von Lichtquellen ähnlich
wie bei Halogenstrahlern mit einer zentralen Spannungsaufbereitung
und einem dezentralen Beleuchtungskörper vorgesehen sind, dann
kann die Zuführung der
Audiosignale sich am zentralen Punkt befinden.
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Alternativ
dazu können
lichtemittierende Module mit Standard-Schraubsockeln wie z. B. E27,
mit Standard-Bajonettsockeln oder anderen standardisierten Aufnahmevorrichtungen
gemeinsam mit einem Modulationsmodul angeordnet werden. Die Versorgungsspannungszuführung wird
in das Modulationsmodul eingeschleift, wobei das Modulationsmodul
einen Eingang für
die Audioinformationen aufweist. Dabei werden die Audioinformationen
der Versorgungsspannung überlagert,
dem lichtemittierenden Modul zugeführt und dort von der Versorgungsspannung
getrennt und dem infraroten Teil des Emitters abgestrahlt. Um zu
vermeiden, dass Audioinformationen in vorgelagerte Teile der Versorgungsspannungszuführung zurückfließen, können Filter
in dem Modulationsmodul vorgesehen sein.
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Die
Aufbereitung des Audiosignals zu dem modulierten IR-Signal kann
in dem Modulationsmodul, im lichtemittierenden Modul oder in einer
Kombination der beiden erfolgen.
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Alternativ
dazu kann eine Übertragung
der Audioinformationen per „Power
Line Communication" erfolgen.
An der Beleuchtungsstelle wird die Information aus der Versorgungsspannung
zurückgewonnen,
moduliert und über
den infraroten Teil des Beleuchtungskörpers abgestrahlt. Hierbei
können
die Einspeisestelle für
die Audioinformationen und der ausgeleuchtete Bereich weit voneinander
entfernt liegen, wie beispielsweise in verschiedenen Räumen.