DE102005003633A1 - Verdichtung und Zerstreuung von Licht mehrerer Lichtquellen mit idealerweise geringstreuender Lichtabstrahlung mittels gemeinsamer flexibler Trägerplatte (Matrix) - Google Patents

Verdichtung und Zerstreuung von Licht mehrerer Lichtquellen mit idealerweise geringstreuender Lichtabstrahlung mittels gemeinsamer flexibler Trägerplatte (Matrix) Download PDF

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Abstract

Werden beispielsweise mehrere LEDs für einen Scheinwerfer verwendet, so besteht das Problem, das Licht der LEDs zu bündeln und zu zerstreuen oder auf- und abzublenden. DOLLAR A Um beispielsweise das Licht mehrerer LEDs zu bündeln oder zu zerstreuen, werden diese LEDs (2) auf einer flexiblen Trägerplatte (Matrix) (3) befestigt. Durch das Durchbiegen dieser flexiblen Matrix wird eine Lichtbündelung (4) bei konkaver Durchbiegung der flexiblen Matrix (5) erreicht bzw. eine Lichtzerstreuung (6) bei konvexer Durchbiegung (7) erreicht. DOLLAR A Die praktische Anwendung ist denkbar überall, wo veränderliche Beleuchtungseffekte gefragt sind, so z. B.: DOLLAR A Fahrzeugscheinwerfer, Fahrzeugbeleuchtungen, Lampen, tragbare Leuchten, Unterwasserscheinwerfer, Bühnenbeleuchtungen usw. DOLLAR A Laseranwendungen: DOLLAR A Bühnenlaser, Diskotheken usw. DOLLAR A Laser für die Werkstoffbearbeitung.

Description

  • Anwendungsgebiete
  • Die praktische Anwendung ist denkbar überall, wo veränderliche Beleuchtungseffekte gefragt sind, so z. B.:
    Fahrzeugscheinwerfer, Fahrzeugbeleuchtungen, Lampen, tragbare Leuchten, Unterwasserscheinwerfer, Bühnenbeleuchtungen usw.
    Laseranwendungen:
    Bühnenlaser, Diskotheken usw.
    Laser für die Werkstoffbearbeitung.
  • Seitdem weiße LED produziert werden, gibt es Überlegungen und Erfindungen für die Anwendung von LED in der Beleuchtungstechnik als Multilichtquellenscheinwerfer.
  • Dabei wird davon ausgegangen,
    • 1. dass eine Anzahl von LED auf einer Trägerplatte ohne optische Systeme positioniert sind.
    • 2. dass mit Hilfe starrer optischer Systeme das emittierte Licht für jede einzelne LED gebündelt wird.
    • 3. dass mit Hilfe veränderlicher optischer Systeme das emittierte Licht für jede einzelne LED gebündelt und gestreut wird.
    • 4. dass eine LED oder mehrere LED jeweils mit einem Axialkollimator (Light Centering Collimator) ausgestattet ist/sind, um das emittierte Licht für jede einzelne LED zu bündeln.
    • 5. Es können unterschiedliche Lichtfarbmischungen mittels unterschiedlich farbig leuchtender LEDs vorgenommen werden
  • Nachteile des Standes der Technik
    • 1. Das Licht mehrerer LED, die auf einer Matrix ohne optische Systeme positioniert sind, kann nicht fokussiert werden.
    • 2. Für veränderliche Beleuchtungseffekte mit LED, die jeweils mit einem starren optischen System für jede Einzel-LED ausgestattet sind, besteht der Nachteil darin, dass mehr Platzbedarf bei unterschiedlichen Beleuchtungseffekten benötigt wird, z.B. für Fern- und Abblendlicht müssen mindestens zwei LED-Scheinwerfersysteme vorhanden sein.
    • 3. Der Nachteil veränderlicher optischer Systeme für jede Einzel-LED besteht im Aufwand bei der Herstellung sowie der Justierung bei auftretenden Fehlern.
  • Die Erfindung „Verdichtung und Zerstreuung von Licht mehrerer Lichtquellen mittels gemeinsamer flexibler Matrix" ermöglicht die stufenlose Verdichtung oder Streuung des Lichtes aller verwendeter Lichtquellen (z. B. LED, Laser ...), die auf einer gemeinsamen flexiblen Trägerplatte (nachfolgend als flexible Matrix bezeichnet) positioniert sind.
  • Durch die gemeinsame flexible Matrix ist dieser Vorgang der stufenlosen Verdichtung oder Streuung des Lichtes aller im Einsatz befindlichen Lichtquellen umkehrbar und wiederholbar.
    •
  • Beschreibung an Ausführungsbeispielen
  • Auf einer flexiblen Matrix (1)/(11) sind Lichtquellen (2)/(22) (z. B. LED, Laser ...) befestigt, die Idealerweise gering streuendes Licht (3)/(33) emittieren (1 und 4). Die flexible Matrix besteht aus einem elastischen Material, welches bei Einsatztemperatur und Betriebstemperatur seine Elastizitätseigenschaften beibehält. Diese flexible Matrix kann als Vollmaterialplatte, als perforierte Platte oder als Gitter gestaltet sein.
  • Die Randform der flexiblen Matrix kann unterschiedlichster Form sein.
  • Wird diese flexible Matrix durch Kraftwirkung oder anderer Art und abhängig je nach Bauweise und nach Zweck konkav (4) oder rinnenförmig nach Innen verformt (44), so erfolgt eine gemeinsame punktförmige (6) oder eine gemeinsame linien- oder balkenförmige (66) Lichtverdichtung der einzelnen Lichtquellen (5)/(55) (2 und 5).
  • Wird diese Matrix in Richtung der Lichtabstrahlung verformt, d. h. konvex (7) oder rinnenförmig nach Außen (77)) geformt, so erfolgt eine Streuung des Lichts (9)/(99) der einzelnen Lichtquellen (8)/(88) (3 und 6).
  • Differenzierte Lichtverdichtungsmuster analog der Lichtverteilung von Fahrzeugscheinwerfern lassen sich durch eine differenzierte Gestaltung der Materialbeschaffenheit der flexiblen Matrix und/oder durch eine differenzierte Kraftwirkung auf die flexible Matrix erreichen.
  • Vorteile der Erfindung
    • 1. Das Licht aller Einzellichtquellen auf einer flexiblen Matrix kann variabel auf geplante Lichtverdichtungsmuster stufenlos verdichtet werden und ebenso stufenlos in Streulicht aufgelöst werden.
    • 2. Da alle Einzellichtquellen ständig für die stufenlos variierbare Ausleuchtung einbezogen sind, erweist sich dieses Beleuchtungssystem als optimal in der Raumausnutzung für Einzellichtquellen.
    • 3. Es lassen sich eine Vielzahl von Einzellichtquellen verwenden, wodurch ein Optimum von Lichtleistung und Wärmeabgabe des Beleuchtungssystems gestaltet werden kann.
    • 4. Der Aufwand zur Lichtverdichtung und zur Streuung unter Einbeziehung aller Einzellichtquellen ist bei dieser Erfindung im Verhältnis niedriger als bei Verwendung veränderlicher optischer Systeme für jede Einzellichtquelle.
    • 5. Dieses Beleuchtungssystem mit flexibler Matrix weist eine geringere Anfälligkeit auf als veränderliche optische Systeme für jede Einzellichtquelle.

Claims (44)

  1. Vorrichtung zur stufenlosen Verdichtung und Zerstreuung von Licht mehrerer Lichtquellen mittels gemeinsamer flexibler Matrix, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Lichtquellen (2)/(22) auf einer gemeinsamen flexiblen Matrix (1)/(11) befestigt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix konkav geformt wird durch Krafteinwirkung (4), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen als gemeinsame punktförmige Lichtverdichtung (6) erfolgen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix konkav geformt wird durch Initialisierung von Stoffeigenschaften der Matrix mittels Energiezufuhr (4), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen als gemeinsame punktförmige Lichtverdichtung (6) erfolgen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix konvex geformt wird durch Krafteinwirkung (7), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen zerstreuend wirken (9).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix konvex geformt wird durch Initialisierung von Stoffeigenschaften der Matrix mittels Energiezufuhr (7), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen zerstreuend wirken (9).
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von konkaver zu konvexer Wölbung der Matrix fließend und umkehrbar ist, d. h. stufenloser Übergang zwischen punktförmiger Lichtverdichtung zu Lichtzerstreuung.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix rinnenförmig nach Innen geformt wird durch Krafteinwirkung (44), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen als gemeinsame linienförmige oder balkenförmige Lichtverdichtung (66) erscheinen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix rinnenförmig nach Innen geformt wird durch Initialisierung von Stoffeigenschaften der Matrix mittels Energiezufuhr (44), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen als gemeinsame linienförmige oder balkenförmige Lichtverdichtung (66) erscheinen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix rinnenförmig nach Außen geformt wird durch Krafteinwirkung (77), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen zerstreuend wirken (99).
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese flexible Matrix rinnenförmig nach Außen geformt wird durch Initialisierung von Stoffeigenschaften der Matrix mittels Energiezufuhr (77), sodass die Lichtemissionen der einzelnen Lichtquellen zerstreuend wirken (99).
  11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von rinnenförmiger Wölbung der Matrix nach Innen zu rinnenförmiger Wölbung der Matrix nach Außen fließend und umkehrbar ist, d. h. stufenloser Übergang zwischen linienförmiger Lichtverdichtung zu Lichtzerstreuung.
  12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruhezustand bzw. Ausgangszustand der Matrixform ohne Kraft- oder Energiezuführung gewölbt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruhezustand bzw. Ausgangszustand der Matrixform ohne Kraft- oder Energiezuführung eben ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der Matrix nach unterschiedlichen Lagemustern angeordnet sind, je nach Bedarf und Verwendung oder Design.
  15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, mindestens zwei, verschieden gestaltete und unterschiedlich wirksame Matrizes auch mit jeweils unterschiedlichen Lichtquellen in Art, Lage und Form zur Anwendung kommen.
  16. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus flexiblem Material besteht, welches bei Einsatztemperatur und Betriebstemperatur seine Elastizitätseigenschaften behält.
  17. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix als Vollmaterialscheibe gestaltet ist.
  18. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix als pertorierte Scheibe gestaltet ist.
  19. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix als Gitter gestaltet ist.
  20. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrixoberfläche unterschiedlich profiliert ist.
  21. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixquerschnitt unterschiedlich profiliert ist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrand der Matrix in unterschiedlichsten Formen gefertigt werden kann.
  23. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Matrix an ihrem gesamten Matrixrand in der Vorrichtung befestigt ist.
  24. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass die flexible Matrix lediglich an einem Teilbereiches ihres Randes in der Vorrichtung befestigt ist und dadurch der übrige flexible Matrixbereich frei beweglich bleibt.
  25. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der flexiblen Matrix LED sind.
  26. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der flexiblen Matrix Hochleistungs-LED sind.
  27. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der flexiblen Matrix Laser sind.
  28. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der flexiblen Matrix sonstige Lichtquellen sind.
  29. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der flexiblen Matrix eine Kombination verschiedenartiger Lichtquellen sind.
  30. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bedarf die Einzellichtquellen auf der flexiblen Matrix mit optischen Systemen zur Lichtbündelung ausgestattet sind.
  31. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der flexiblen Matrix ohne optische Systeme zur Lichtbündelung der Einzellichtquelle verwendet werden.
  32. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Lichtquellen mit der Emission unterschiedlicher Wellenlängen gemischt auf der flexiblen Matrix angeordnet sind, um Lichtfarben zu mischen.
  33. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen mit der Emission unterschiedlicher Wellenlängen gemischt auf der flexiblen Matrix angeordnet sind, um zwischen Lichtfarben wahlweise umzuschalten.
  34. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen auf der Vorderseite der flexiblen Matrix befestigt sind.
  35. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in die flexible Matrix eingelassen sind.
  36. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in Vertiefungen der flexiblen Matrix befestigt sind.
  37. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen an der Rückseite der flexiblen Matrix befestigt sind, wobei die Leuchtkörper der Lichtquellen durch Öffnungen in der flexiblen Matrix in Richtung Vorderseite der flexiblen Matrix ragen.
  38. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen mit ihrer Lichtemission etwa im 90°-Winkel zur flexiblen Matrix positioniert sind.
  39. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen mit ihrer Lichtemission schräg zur flexiblen Matrix positioniert sind (d. h. ungleich 90°).
  40. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtquellen mit ihrer Lichtemission unterschiedlich schräg zur flexiblen Matrix positioniert sind (d. h. etwa im 90°-Winkel bis ungleich 90°).
  41. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass differenzierte Lichtverteilungsmuster analog der Lichtverteilung von Fahrzeugscheinwerfern durch differenzierte Gestaltung der Materialbeschaffenheit der flexiblen Matrix erreicht wird.
  42. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass differenzierte Lichtverteilungsmuster analog der Lichtverteilung von Fahrzeugscheinwerfern durch differenzierte Krafteinwirkung auf die flexible Matrix erreicht wird.
  43. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verwendung von mindestens einer flexiblen Matrix ebenfalls Scheinwerfergläser mit Prismen- und Linsenfunktion zur Anwendung kommen können.
  44. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verwendung mindestens einer flexiblen Matrix ebenfalls Blenden und optische Gitter zur Anwendung kommen können.
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