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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Reflektor, insbesondere ausgestaltet zur
Verwendung mit Gasentladungslampen.
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Hintergrund der Erfindung
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Reflektoren
zur Aufnahme von Leuchtmitteln sind bekannt. Insbesondere sind Facettenreflektoren in
zahlreichen Ausführungsformen
bekannt.
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So
zeigt beispielsweise die deutsche Patentschrift
DE 199 10 192 C2 (Erfinder:
Rüdiger
Kittelmann, Harry Wagener) einen Facettenreflektor mit einem rotationssymmetrischen
Grundkörper,
bei welchem Intensitäts-Inhomogenitäten des
Leuchtmittels, welche zu einem verdrehten Lichtfeld führen, über die
Anordnung der Facetten korrigierbar sind. Auf den Offenbarungsgehalt
dieser Patentschrift wird vollumfänglich Bezug genommen.
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Neben
Inhomogenitäten
der Beleuchtungsstärke,
welche durch eine inhomogene Emission der Lichtquelle verursacht
werden, hat sich herausgestellt, dass besonders bei bestimmten Leuchtmitteln es
auch zu Inhomogenitäten
in der Lichtfarbe kommt.
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Das
Problem betrifft insbesondere Entladungslampen.
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Es
wird beispielhaft Bezug genommen auf Halogen-Metalldampflampen mit Keramikbrenner des
Anbieters Osram, welche unter den Produktbezeichnungen POWERBALL
HCI und POWERSTAR HCI vertrieben werden. Derartige Lampen werden mit
einer Farbtemperatur von 3000 und 4200 Kelvin angeboten.
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Zur
Anpassung der Lichtfarbe, insbesondere zur Herabsetzung der Farbtemperatur,
werden Metall und Gaszusätze
verwendet.
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Es
hat sich herausgestellt, dass beim Betrieb derartiger Lampen es
zu einer teilweisen Entmischung der Gase kommen kann. Diese Entmischung hat
eine Schichtung zur Folge, die dazu führt, dass die Lampe nicht mit
einer einheitlichen Farbtemperatur abstrahlt, sondern dass beispielsweise
in einem oberen und einem unteren Bereich des Emissionsbereichs,
der sich zwischen den beiden Elektroden befindet, Bereiche mit einer
leichten Rot- oder Grünfärbung auftreten.
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Wird
nun das emittierte Licht einer derartigen Lampe von einem herkömmlichen
Facettenreflektor abgebildet, so hat dies zur Folge, dass die Inhomogenitäten der
Lichtfarbe durch den Reflektor abgebildet werden. Leichte Verfärbungen
des Lichtfeldes zumindest in einigen Bereichen des Lichtfeldes sind
die Folge.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile des
Standes der Technik zu reduzieren.
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Insbesondere
ist Aufgabe der Erfindung, einen Reflektor bereitzustellen, welcher
auch in Kombination mit einer Gasentladungslampe, insbesondere einer
Halogenmetalldampflampe mit Keramikbrenner, ein Lichtfeld mit homogener
Lichtfarbe erzeugt.
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Weiter
ist Aufgabe der Erfindung, einen Reflektor bereitzustellen, welcher
einen hohen Wirkungsgrad aufweist und bei welchem auch die Lichtintensität möglichst
homogen verteilt ist.
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Weiter
ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst homogene Lichtfarbe
bereits allein durch den Reflektor zu erreichen, wodurch auf Streuscheiben weitgehend
verzichtet werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung wird bereits durch einen Reflektor zur Aufnahme
eines Leuchtmittels sowie durch eine Leuchte nach einem der unabhängigen Ansprüche erreicht.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Danach
ist ein Reflektor vorgesehen, welcher zur Aufnahme eines Leuchtmittels
ausgestaltet ist. Insbesondere ist der Reflektor zur Aufnahme einer
Entladungslampe, wie beispielsweise einer Halogen-Metalldampflampe
mit einem Keramikbrenner ausgebildet.
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Der
Reflektor weist Facetten auf. Unter Facetten werden einzelne, typischerweise
periodisch angeordnete, reflektierende Segmente verstanden. Dabei
muss es sich nicht unbedingt um scharf abgegrenzte Flächen handeln,
vielmehr können
die Facetten auch stetig ineinander übergehen. Die Facetten können verschiedenste
geometrische Formen annehmen, auf besonders vorteilhafte Ausgestaltungen soll
im Folgenden noch eingegangen werden.
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Gemäß der Erfindung
sind zumindest zwei Facetten des Reflektors derart ausgebildet,
dass sie Licht aus einem unteren Bereich und einem oberen Bereich
des Emissionsbereichs des Leuchtmittels im Wesentlichen in die gleiche
Richtung lenken, der Art, dass sich das Licht aus dem unteren Bereich
und dem oberen Bereich auf dem Beleuchtungsfeld mischt. Licht des
oberen und des unteren Bereiches sind also am Beleuchtungsort überlagert.
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Unter
dem Emissionsbereich wird der Bereich verstanden, aus welchem das
Licht des Leuchtmittels emittiert wird. So wird bei einer Glühfadenlampe
der Glühwendel
als Emissionsbereich verstanden, wohingegen bei einer Gasentladungslampe
der Emissionsbereich durch den Bereich definiert wird, welcher zwischen
den Elektroden angeordnet ist, zwischen denen die Gasentladung stattfindet.
Dies ist beispielsweise bei einer Halogenmetalldampflampe mit Keramikbrenner
der Bereich innerhalb des Keramikbrenners.
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Oberer
und unterer Bereich des Emissionsbereichs sind als Teilbereiche
des Volumens, in dem die Lichterzeugung stattfindet definiert, wobei
diese innerhalb des gesamten Emissionsbereichs voneinander beabstandet
sind.
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Wird
nun von zumindest zwei Facetten des Reflektors Licht aus zwei verschiedenen
Bereichen des Emissionsbereichs, nämlich einem oberen und einem
unteren Bereich, im Wesentlichen in die gleiche Richtung gelenkt,
so überlagern
sich die emittierten Lichtstrahlen der beiden Bereiche auf dem Beleuchtungsfeld.
Es kommt zu einer Mischung des Lichtes beider Emissionsbereiche.
Dadurch kann eine Leuchte bereitgestellt werden, bei welcher auch bei
Leuchtmitteln mit inhomogener Farbtemperatur ein Lichtfeld erzeugt
wird, bei welchem Inhomogenitäten
der Farbe weitgehend kompensiert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind oberer und unterer Emissionsbereich mindestens
0,2, vorzugsweise 0,5 und besonders bevorzugt mindestens 1 mm voneinander
beabstandet. Unter einem Bereich wird in diesem Zusammenhang ein
abgegrenztes Volumen des gesamten Emissionsbereichs verstanden.
Im Prinzip lassen sich rein mathematisch gesehen der obere und der untere
Emissionsbereich jeweils auf einen Punkt reduzieren.
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Oberer
und unterer Emissionsbereich können
auch dadurch unterschieden werden, dass diese Licht einer anderen
Farbe emittieren. Beispielsweise kann der eine Bereich Licht mit
einer leichten Grünfärbung und
ein anderer Bereich Licht mit einer leichten Rotfärbung emittieren.
Diese Emission unterschiedlicher Farben beruht insbesondere auf
einer Schichtung des Gasgemisches einer Gasentladungslampe.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung weist der Reflektor zumindest zwei Arten verschieden
gestalteter Facetten auf, die im Wesentlichen in radial von dem
Mittelpunkt des Reflektors ausgehenden Spalten angeordnet sind.
Zugleich laufen die Facetten im Wesentlichen kreisförmig oder
elliptisch um einen Mittelpunkt des Reflektors und bilden so Zeilen,
wobei die Schnittflächen
der Zeilen und der Spalten Felder definieren.
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Es
versteht sich, dass die Facetten auch in diesem Zusammenhang nicht
scharf voneinander abgegrenzt sein müssen, insbesondere können die Facetten
versetzt zu einander angeordnet sein.
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Der
Reflektor ist derart ausgestaltet, dass von einer beliebigen Bezugsfacette
aus gesehen jeweils auf der benachbarten Zeile und/oder Spalte eine
im Wesentlichen gleich gestaltete Facette um zumindest ein Feld
versetzt angeordnet ist.
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Unter
einer gleichgestalteten Facette wird beispielsweise und im Speziellen
eine Facette mit dem gleichen Krümmungsradius
verstanden.
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Es
hat sich herausgestellt, dass durch eine derartige Anordnung, bei
welcher die gleich gestalteten Facetten spiralförmig entlang der Reflektorinnenfläche laufen,
das emittierte Licht der Lichtquelle derart verdreht wird, dass
das abgebildete Lichtfeld einen äußerst homogenen
Farbeindruck aufweist.
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Alternativ
ist vorgesehen, die Facetten statistisch zufällig zu gestalten und/oder
anzuordnen. Über Facetten,
die beispielsweise einen zufällig
verteilten Krümmungsradius
aufweisen, können
ebenfalls Inhomogenitäten
der Lichtfarben des abgebildeten Lichtfeldes vermindert werden.
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Bei
einer Weiterbildung der ersten Ausführungsvariante der Erfindung
sind gleichgestaltete Facetten in Art eines Rösselsprungs zwei Felder versetzt
angeordnet. Bei weiteren Ausgestaltungsformen ist auch ein Versatz
der Facette um drei oder mehr Felder vorgesehen. Die Facetten sind
dabei vorzugsweise in der benachbarten Zeile versetzt.
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Vorzugsweise
laufen gleich gestaltete, versetzte Facetten von einer ersten, mittelpunktnahen Zeile
bis zu einer zweiten, im Wesentlichen randseitigen Zeile. So laufen
gleich gestaltete Facetten im Wesentlichen spiralförmig von
innen nach außen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden als Facetten Zylinder- und/oder sphärische Facetten
verwendet.
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Unter
Zylinderfacetten werden Facetten verstanden, welche im Wesentlichen
die Geometrie eines Kreiszylinderausschnitts aufweisen, während sphärische Facetten
im Wesentlichen kugelig gestaltet sind.
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Die
Zylinderfacetten sind dabei vorzugsweise mit ihrer Rotationsachse
in Richtung des Reflektormittelpunkts und/oder mit ihrer Rotationsachse senkrecht
zum Mittelpunkt des Reflektors ausgebildet.
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Der
Reflektor ist vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch
ausgebildet. Es sind insbesondere sphärische, parabelförmige oder
ellipsoide Reflektoren vorgesehen.
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Der
Radius des Grundkörpers
der Facetten, insbesondere der sphärischen oder Zylinderfacetten liegt
vorzugsweise zwischen 5 mm und 200 mm. Es ist vorgesehen, Facetten
mit verschiedenen Radien zu verwenden, wobei der Radius der größten Facette mindestens
dreimal, vorzugsweise fünf-
und besonders bevorzugt zehnmal so groß ist wie der Radius der kleinsten
Facette.
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Facetten
dieser verschiedenen Radien werden vorzugsweise in einer Zeile oder
Spalte verteilt.
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Dabei
bleibt die Anzahl der Facetten von Zeile zu Zeile vorzugsweise konstant.
Die Facetten werden also zum Zentrum hin schmaler, wobei unter dieser
Verringerung der Breite der Facette nicht eine andersartige Gestaltung
der Facette im Sinne der Anmeldung verstanden wird.
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Der
Reflektor weist vorzugsweise zwischen 5 und 30 und besonders bevorzugt
zwischen 10 und 20 Zeilen auf.
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Weiter
hat der Reflektor vorzugsweise zwischen 20 und 150, besonders bevorzugt
zwischen 40 und 100 Spalten.
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Eine
spiralförmige
Anordnung gleich gestalteter Facetten ist bei einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung über
zumindest 5, vorzugsweise zumindest 10 und besonders bevorzugt zumindest 15
aufeinander folgende Zeilen oder Spalten vorgesehen. Besonders bevorzugt
erstreckt sich die spiralförmige
Ausgestaltung im Wesentlichen vom Zentrum bis zum Rand des Reflektors.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Reflektor in Winkelbereiche
unterteilt, in denen der Krümmungsradius
der Facetten periodisch zu- und abnimmt. Es ist insbesondere vorgesehen,
den Krümmungsradius
von einem Maximum über
eine Sinusfunktion auf ein Minimum sinken und dann wieder auf ein
Maximum anwachsen zu lassen.
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Der
Abstand von einem Maximum zum folgenden Minimum beträgt dabei
vorzugsweise 45° oder
90°.
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Bei
einem Winkel von 45° hat
so der Krümmungsradius
der Facetten innerhalb einer Zeile des Reflektors vier Maxima.
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Weiter
betrifft die Erfindung eine Leuchte, die mit einem erfindungsgemäßen Reflektor
versehen ist und ein Leuchtmittel aufweist. Das Leuchtmittel ist vorzugsweise
in einer Aufnahme des Reflektors eingebaut.
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Als
Leuchtmittel wird vorzugsweise eine Gasentladungslampe, insbesondere
eine Halogen-Metalldampflampe mit Keramikbrenner verwendet. Geeignete
Entladungslampen auf Keramikbasis sind insbesondere Leuchtmittel
der Firma OSRAM, welche unter den Bezeichnungen OSRAM POWERBALL
HCI vertrieben werden. Dabei können
insbesondere Leuchtmittel mit der Produktbezeichnung HCI-T35/942
NDL oder HCI-T35/830 WL verwendet werden.
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Die
Farbtemperatur der des Leuchtmittels liegt vorzugsweise zwischen
2800 und 4500 Kelvin, besonders bevorzugt zwischen 2900 und 3200
Kelvin. Es ist im Sinne der Erfindung aber auch vorgesehen, Lampen
mit einer höheren
Farbtemperatur, etwa 4500 bis 7000 Kelvin, beispielsweise als Tageslichtlampe
bereitzustellen.
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Zur
weiteren Homogenisierung des Lichtfeldes kann die Leuchte eine zusätzliche
Streuscheibe aufweisen oder mit einer Scheibe als Splitterschutz versehen
sein.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Lichtquelle über 2 cm, bevorzugt über 3 cm
und besonders bevorzugt über 5
cm lang.
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Unter
der Länge
der Lichtquelle wird nicht die Länge
des zuvor definierten Emissionsbereichs verstanden, sondern die Länge des
Glaskolbens, in welchem der Brenner oder die Glühwendel angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung soll im Folgenden anhand der Zeichnungen 1 bis 3 erläutert werden.
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1 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Facettenreflektors
in der Draufsicht.
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2 zeigt
das Emissionsspektrum einer Gasentladungslampe in einem oberen Bereich.
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3 zeigt
das Emissionsspektrum einer Gasentladungslampe in einem unteren
Bereich.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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Bezug
nehmend auf 1 sollen die wesentlichen Merkmale
eines Reflektors 1 näher
erläutert
werden.
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Der
Reflektor 1 ist in der Draufsicht dargestellt. Es handelt
sich um einen Facettenreflektor, welcher eine Vielzahl von Facetten 2 aufweist.
Die Facetten 2, welche als Zylinderfacetten ausgeführt sind
(nicht dargestellt), laufen im Wesentlichen in Spalten, welche radial
auf den Mittelpunkt 3 des Reflektors zeigen. Gleichzeitig
bilden die Facetten 2 kreisförmige Spalten, welche um den
Reflektor herumlaufen. Der Reflektor weist so in etwa 15 Zeilen auf,
welche jeweils etwa 30 Facetten haben.
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Die
Facetten 2 sind als Zylinderfacetten derart ausgebildet,
dass die Form der jeweiligen Facette 2 durch einen Kreiszylinder
definiert ist, dessen Rotationsachse im Wesentlichen entlang der
Innenfläche
des Reflektors verläuft.
Durch die Schnittflächen dieser
einzelnen Zylinderausschnitte werden die jeweiligen Facetten gebildet.
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Der
Radius dieser Zylinderfacetten und damit der Krümmungsradius der Facetten 2 nimmt
Werte zwischen 9,1 und 150 mm an.
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So
beginnt die oberste Facettenzeile mit einem Krümmungsradius von 150 mm der
0°-Position. Zu
einem Winkel α 5
von 45° nimmt
der Krümmungsradius
ab auf 9,1 mm und steigt dann wieder an auf 150 mm, wodurch bei
90° das
zweite Maximum des Krümmungsradius
erreicht ist. Dabei folgen die Krümmungsradien im Wesentlichen
einem Sinusverlauf. So liegen die maximalen Krümmungsradien der äußeren Facettenzeile
auf 0°,
90°, 180° und 270°, wohingegen
die minimalen Krümmungsradien
der Facetten auf 45°,
135°, 225° und 315° liegen.
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Von
einer beliebigen Bezugsfacette aus gesehen, ist jeweils die Facette
der Folgespalte um ein Feld im Uhrzeigersinn verschoben.
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Die
Facetten 2 mit jeweils gleichem Krümmungsradius sind somit spiralförmig angeordnet,
wie durch die gestrichelte Linie 4 angedeutet ist.
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Die
schwarzen Punkte entlang der gestrichelten Linie 6 sollen
eine andere Ausführungsform eines
Reflektors 2 beschreiben. Dabei ist vom Mittelpunkt 3 ausgehend
die Facette mit gleichem Krümmungsradius
in der Folgezeile um zwei Felder in der Art eines Rösselsprunges
verschoben. Die spiralförmige
Ausgestaltung gemäß der gestrichelten
Linie 6 hat somit eine geringere Steigung als die gemäß der gestrichelten
Linie 4.
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Der
Reflektor 1 ist aus Glas ausgebildet und mit einer reflektierenden
Beschichtung versehen. Insbesondere ist vorgesehen, eine Kaltlichtspiegelbeschichtung
aufzubringen.
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Im
Wesentlichen im Mittelpunkt 3 des rotationssymmetrischen
Reflektors angeordnet ist eine Aussparung (nicht dargestellt) zur
Einbringung eines Leuchtmittels (nicht dargestellt). Das Leuchtmittel
ist als Hochdruck-Entladungslampe,
vorzugsweise als Halogen-Metalldampflampe mit Keramikbrenner ausgebildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Reflektor
lässt sich
ein Lichtfeld erzielen, welches sich sowohl durch eine hohe Farbhomogenität als auch
durch eine hohe Homogenität
der Beleuchtungsstärke
auszeichnet.
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Bezug
nehmend auf die 2 und 3 soll das
inhomogene Emissionsverhalten einer Gasentladungslampe näher erläutert werden.
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2 zeigt
das Emissionsspektrum einer Gasentladungslampe in einem oberen Bereich.
Dabei wurde die Emission der Gasentladungslampe im Wesentlichen
von oben gemessen. Die Messung gibt daher vorrangig die Emissionsanteile
des oberen Bereiches wieder.
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Es
versteht sich, dass die Definition von oben und unten beliebig ist,
insbesondere können oben
und unten vertauscht werden.
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Auf
der x-Achse ist die Wellenlänge
in nm und auf der y-Achse
die relative spektrale Intensität aufgetragen.
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Die
Messung ergibt eine Farbtemperatur von etwa 2830 K.
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3 zeigt
das Emissionsspektrum einer Gasentladungslampe in einem unteren
Bereich. Dabei wurde die Emission der Gasentladungslampe im Wesentlichen
in einem Winkel von 45° von
unten gemessen. Die Messung gibt daher vorrangig die Emissionsanteile
des unteren Bereiches wieder.
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Zu
erkennen ist, dass die relative spektrale Intensität nicht
mit der Messung aus 2 übereinstimmt. So wird auch
eine Farbtemperatur von etwa 2980 K gemessen.
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Die
unterschiedlichen spektralen Verteilungen führen zu Farbunterschieden im
emittierten Lichtfeld. Mit einem erfindungsgemäßen Reflektor können derartige
Farbunterschiede reduziert oder sogar weitgehend vermieden werden.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht auf eine Kombination vorstehend
beschriebener Merkmale beschränkt
ist, sondern dass der Fachmann sämtliche
Merkmale, soweit dies sinnvoll ist, kombinieren wird.