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Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben.
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Die Druckschrift
US 7,467,885 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, die Licht hoher Intensität und geringer Divergenz abstrahlen kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest zwei Leuchtdioden. Die Leuchtdioden bilden die Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung. Vorzugsweise umfasst die Beleuchtungsvorrichtung als Lichtquellen ausschließlich Leuchtdioden. Die Leuchtdioden können in der Beleuchtungsvorrichtung gehäust, das heißt mit einem Gehäuse, in das Leuchtdiodenchips eingebracht sind, oder ungehäust, das heißt in Form von Leuchtdiodenchips, vorhanden sein. Vorzugsweise sind die Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im Frequenzbereich zwischen UV-Strahlung und Infrarotstrahlung geeignet. Beispielsweise sind die Leuchtdioden dazu geeignet, im Betrieb Licht im sichtbaren Spektralbereich zu emittieren, zum Beispiel weißes Licht.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst dabei zumindest zwei, vorzugsweise eine Vielzahl von Leuchtdioden. Beispielsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung genau sechs, genau acht oder genau zehn oder mehr Leuchtdioden umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die zumindest zwei Leuchtdioden im Raum angeordnet. ”Im Raum angeordnet” heißt insbesondere, dass durch Montageflächen der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung keine Ebene gelegt werden kann, in der sich dann alle Montageflächen befinden. ”Im Raum angeordnet” heißt insbesondere, dass zumindest nicht alle Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung in einer gemeinsamen Montageebene, beispielsweise auf einer ebenen Leiterplatte, angeordnet sind. Vielmehr ist es möglich, dass die Leuchtdioden entlang einer gedachten Kurve im Raum angeordnet sind, wobei die Kurve insbesondere eine geschlossene Kurve sein kann. Beispielsweise kann es sich bei der Kurve dann um eine ringförmige oder rechteckförmige Kurve handeln. Beispielsweise kann die Kurve durch einen Ring beschrieben werden, an dessen Innenseite die Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung einen Reflektor. Der Reflektor ist dazu eingerichtet, von den Leuchtdioden im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Vorzugsweise ist der Reflektor dazu eingerichtet, zumindest 70%, besonders bevorzugt zumindest 90% dieser auf ihn treffende elektromagnetische Strahlung zu reflektieren. Der Reflektor ist beispielsweise zur gerichteten Reflexion der auf ihn treffenden elektromagnetischen Strahlung vorgesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst der Reflektor eine dreidimensionale reflektierende Oberfläche. Unter einer dreidimensionalen Oberfläche wird dabei eine Oberfläche verstanden, die nicht eben, ausgebildet ist, sondern die einen räumlichen Verlauf nimmt. Die reflektierende Oberfläche ist insbesondere uneben. Die reflektierende Oberfläche bildet dabei die optisch wirksame Komponente des Reflektors.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist eine Hauptabstrahlrichtung eines Großteils der Leuchtdioden in Richtung des Reflektors gerichtet. Dabei ist die Hauptabstrahlrichtung einer Leuchtdiode insbesondere diejenige Richtung, in der die Strahlungsstärke der von der Leuchtdiode im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung am Größten ist. Unter einem Großteil der Leuchtdioden werden mehr als 50% der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung, vorzugsweise mehr als 75% der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung verstanden. Insbesondere ist es möglich, dass die Hauptabstrahlrichtung einer jeden Leuchtdiode der Beleuchtungsvorrichtung in Richtung des Reflektors gerichtet ist. ”In Richtung des Reflektors” heißt insbesondere, dass eine Verlängerung der Hauptabstrahlrichtung von der Leuchtdiode in Richtung des Reflektors den Reflektor, insbesondere die reflektierende Oberfläche durchstößt.
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Mit anderen Worten emittieren die Leuchtdioden einen Großteil der von ihnen im Betrieb abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung in Richtung des Reflektors. Der Reflektor reflektiert also einen Großteil der von den Leuchtdioden im Betrieb abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist die reflektierende Oberfläche zumindest ein lokales Maximum auf. Der Begriff ”lokales Maximum” ist dabei nicht mathematisch streng zu verstehen. ”Lokales Maximum” bedeutet insbesondere, dass die dreidimensionale reflektierende Oberfläche zumindest eine Erhebung aufweist, die höher liegt als sie umgebende Bereiche der reflektierenden Oberfläche. Beispielsweise ist die reflektierende Oberfläche stellenweise konvex nach außen gekrümmt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist das lokale Maximum der reflektierenden Oberflächen den Leuchtdioden zugewandt. Das heißt, die Oberfläche ist an zumindest einer Stelle konvex in Richtung der Leuchtdioden gekrümmt. Dabei ist es möglich, dass die reflektierende Oberfläche mehrere lokale Maxima aufweist und jedes lokale Maximum den Leuchtdioden zugewandt ist. Ferner ist es möglich, dass die reflektierende Oberfläche genau ein lokales Maximum aufweist, bei dem es sich dann auch um ein globales Maximum der reflektierenden Oberfläche handeln kann. Das globale Maximum kann den Leuchtdioden zugewandt sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest zwei Leuchtdioden, wobei die Leuchtdioden im Raum, insbesondere entlang einer, zum Beispiel, geschlossenen, Kurve angeordnet sind. Ferner umfasst die Beleuchtungsvorrichtung einen Reflektor, der eine dreidimensionale, unebene reflektierende Oberfläche aufweist, wobei eine Hauptabstrahlrichtung eines Großteils der Leuchtdioden, insbesondere jeder der Leuchtdioden, in Richtung des Reflektors gerichtet ist. Die reflektierende Oberfläche weist zumindest ein lokales Maximum auf, das den Leuchtdioden zugewandt ist.
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Einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung eines Reflektors mit einer reflektierenden Oberfläche, die zumindest ein lokales Maximum aufweist, es ermöglicht, mehrere Leuchtdioden in einem Brennpunkt oder in der Nähe eines Brennpunkts des Reflektors anzuordnen. Auf diese Weise kann von der Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb abgestrahlte elektromagnetische Strahlung eine besonders geringe Divergenz, das heißt einen besonders kleinen Abstrahlwinkelbereich aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die reflektierende Oberfläche ein zentrales lokales Maximum. Das zentrale lokale Maximum ist dabei beispielsweise im Zentrum der reflektierenden Oberfläche angeordnet. Ist die reflektierende Oberfläche beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, so liegt das zentrale lokale Maximum auf der Symmetrieachse der reflektierenden Oberfläche.
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Ferner weist die reflektierende Oberfläche ein lokales Minimum auf, wobei das Minimum das Maximum zumindest stellenweise umgibt. Beispielsweise ist es möglich, dass das lokale Minimum das zentrale, lokale Maximum ringförmig umgibt. Das zentrale lokale Maximum kann im Schnitt beispielsweise die Form eines umgedrehten ”U” oder eines umgedrehten ”V” aufweisen, das lokale Minimum umgibt das lokale Maximum dann im Schnitt in der Form eines ”U” oder ”V”.
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Insbesondere ist es möglich, dass jedes lokale Maximum der reflektierenden Oberfläche zumindest stellenweise oder vollständig in lateraler Richtung von einem lokalen Minimum der reflektierenden Oberfläche umgeben ist. Zum Beispiel weist die reflektierende Oberfläche also einen konvex nach außen gekrümmten Bereich auf, der von einem konkav nach innen gekrümmten Bereich vollständig umgeben sein kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die reflektierende Oberfläche ein Teil der Außenfläche eines Rotationskörpers, wobei die Rotationsachse des Rotationskörpers durch ein lokales Maximum der reflektierenden Oberfläche verläuft. Insbesondere handelt es sich bei dem lokalen Maximum dann um das zentrale lokale Maximum der reflektierenden Oberfläche, es kann sich insbesondere dann auch um ein globales Maximum der reflektierenden Oberfläche handeln. Die reflektierende Oberfläche kann herstellungsbedingt vom idealen Verlauf eines Rotationskörpers abweichen. Beispielsweise können die Abweichungen an jedem Punkt der reflektierenden Oberfläche bis zu +/–10% vom mathematisch exakten Verlauf des Rotationskörpers betragen. Die reflektierende Oberfläche ist für den Fall, dass die reflektierende Oberfläche ein Teil der Außenfläche eines Rotationskörpers ist, insbesondere im Rahmen der Herstellungstoleranz rotationssymmetrisch um die Rotationsachse des Rotationskörpers ausgebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung verläuft die Rotationsachse des Rotationskörpers durch das zentrale lokale Maximum der reflektierenden Oberfläche. Bei dem zentralen lokalen Maximum kann es sich dann auch um ein globales Maximum, also um den höchsten Punkt der reflektierenden Oberfläche, handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die erzeugende Kurve des Rotationskörpers zumindest eine algebraische Kurve. Bei einer algebraischen Kurve handelt es sich dabei um eine eindimensionale algebraische Varietät, die insbesondere durch eine Polynomgleichung beschrieben werden kann. ”Zumindest eine algebraische Kurve” heißt, dass die erzeugende Kurve auch aus zwei oder mehr solcher algebraischen Kurven zusammengefügt sein kann. Am Verbindungspunkt der algebraischen Kurven der erzeugenden Kurven ist der Verlauf der erzeugenden Kurve zum Beispiel stetig oder sogar stetig differenzierbar.
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Die erzeugende Kurve des Rotationskörpers ist dabei wiederum im Rahmen der Herstellungstoleranz durch zumindest eine algebraische Kurve gebildet. ”Im Rahmen der Herstellungstoleranz” heißt hier und im Folgenden, dass an jedem Punkt eine Abweichung vom exakten mathematischen Wert von +/–10% um den exakten mathematischen Wert möglich ist.
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Insbesondere kann die erzeugende Kurve ausschließlich aus algebraischen Kurven bestehen, das heißt, die erzeugende Kurve besteht aus einer oder mehreren algebraischen Kurven.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die erzeugende Kurve zwei Parabeln, die stetig miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann an dem Punkt, an dem die beiden Parabeln der erzeugenden Kurve miteinander verbunden sind, in der durch Rotation erzeugten reflektierenden Oberfläche das oben genannte lokale Minimum ausgebildet sein, welches das lokale Maximum der reflektierenden Oberfläche umgibt.
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Bei der algebraischen Kurve kann es sich zum Beispiel um einen der folgenden Kurven handeln: Parabel, zum Beispiel (ax + by)^2 + cy + dy + e = 0; Hyperbel, zum Beispiel (x/a)^2 – (y/b)^2 = 1; elliptische Kurve (x/a)^2 + (y/b)^2 = 1; Kegel, zum Beispiel a + bx + cy = 0; Polynom, zum Beispiel y = a + bx + cx^2 + dx^^3 + ..., Sinus, zum Beispiel, y = sin(x) oder y = sin(x)/x.
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Die erzeugende Kurve ist dann durch Abschnitte dieser Kurven oder durch Kombinationen von Abschnitten dieser Kurven gebildet.
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Ferner ist es möglich, dass die Abschnitte der erzeugenden Kurve unstetig aneinandergefügt sind. Das heißt, die erzeugende Kurve kann dann zum Beispiel aus zwei oder mehr algebraischen Kurvenbestehen, die unstetig zusammengefügt sind. Dies kann sich zum Beispiel als vorteilhaft erweisen, wenn die Beleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr Strahlen insbesondere unterschiedlicher Richtung abstrahlen soll.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist der Reflektor relativ zu den Leuchtdioden bewegbar, derart, dass ein Abstand zwischen dem Reflektor und den Leuchtdioden einstellbar ist. Das heißt, in der Beleuchtungsvorrichtung sind die Leuchtdioden und der Reflektor nicht in einem festen Abstand zueinander angeordnet, sondern sie können relativ zueinander bewegt werden. Beispielsweise ist der Reflektor in einem Gehäuse, an dem die Leuchtdioden befestigt sind, beweglich angeordnet. Für den Fall, dass die reflektierende Oberfläche rotationssymmetrisch ausgebildet ist, ist es insbesondere möglich, dass der Reflektor entlang einer Symmetrieachse der reflektierenden Oberfläche bewegbar ist. Über die Einstellung des Abstands zwischen dem Reflektor und den Leuchtdioden ist eine Veränderung der Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere des Abstrahlwinkelbereichs möglich. Werden die Leuchtdioden beispielsweise aus der Brennebene des Reflektors bewegt, so kann dies zu einer Aufweitung des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Strahls führen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist ein Großteil der Leuchtdioden in einem Brennpunkt des Reflektors angeordnet. Unter einem Großteil der Leuchtdioden werden dabei mehr als 50% der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung, vorzugsweise mehr als 75% der Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung verstanden. Insbesondere ist es möglich, dass alle Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung in einem Brennpunkt des Reflektors angeordnet sind. ”In einem Brennpunkt angeordnet” heißt dabei, dass die Leuchtdioden im Rahmen der Herstellungstoleranz zumindest eine Stelle aufweisen, die an einem Brennpunkt des Reflektors liegt. Vorzugsweise liegt dann insbesondere ein Teil der Strahlungsaustrittsfläche einer jeden Leuchtdiode auf einem Brennpunkt des Reflektors. Ein hier beschriebener Reflektor kann dabei mehrere Brennpunkte aufweisen, die insbesondere entlang einer geschlossenen Kurve angeordnet sein können. Beispielsweise sind dann alle Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung auf dieser Kurve angeordnet, das heißt, die Kurve schneidet oder berührt, insbesondere im Rahmen der Herstellungstoleranz, zum Beispiel die Strahlungsaustrittsflächen der Leuchtdioden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung können die Leuchtdioden durch eine Bewegung des Reflektors relativ zu den Leuchtdioden in einem Brennpunkt des Reflektors angeordnet werden. Das heißt, die Leuchtdioden der Beleuchtungsvorrichtung müssen nicht fest in den Brennpunkten angeordnet sein, sondern durch Bewegung des Reflektors, zum Beispiel Verschieben des Reflektors entlang einer Symmetrieachse der reflektierenden Oberfläche des Reflektors, können die Leuchtdioden zu einem Brennpunkt hin verlegt oder von einem Brennpunkt weg verlegt werden. Auf diese Weise kann durch einfache Bewegung des Reflektors relativ zu den Leuchtdioden ein Abstrahlwinkelbereich des von der Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb emittierten Strahls eingestellt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist die Beleuchtungsvorrichtung ein Gehäuse auf, das zumindest stellenweise hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Das heißt, im Rahmen der Herstellungstoleranz kann das Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung zumindest stellenweise durch einen Hohlzylinder beschrieben werden. Dabei muss der Zylinder nicht zwangsläufig eine kreisrunde Grundfläche aufweisen, vielmehr ist es auch möglich, dass der Zylinder eine ovale oder polygone Grundfläche aufweist.
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Der Reflektor ist im Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet und entlang einer Längsachse des Gehäuses, also beispielsweise einer Längsachse des Hohlzylinders, bewegbar. Insbesondere ist es möglich, dass der Reflektor dann entlang dieser Achse verschiebbar ist. Die Längsachse kann dann durch ein lokales Maximum, insbesondere das zentrale lokale Maximum der reflektierenden Oberfläche verlaufen. Für den Fall, dass die reflektierende Oberfläche ein Teil der Außenfläche eines Rotationskörpers ist, kann die Längsachse dann mit der Rotationsachse des Rotationskörpers zusammenfallen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist der Reflektor um eine Längsachse des Gehäuses bewegbar, insbesondere drehbar. Beispielsweise umfasst die Beleuchtungsvorrichtung ein Drehgewinde, an dem der Reflektor befestigt ist. Durch Drehung des Reflektors um die Längsachse kann dann der Abstand des Reflektors, also insbesondere der reflektierenden Oberfläche, von den Leuchtdioden durch Drehung des Reflektors um das Drehgewinde eingestellt werden. Für den Fall, dass die reflektierende Oberfläche im Rahmen der Herstellungstoleranz durch die Außenfläche eines Rotationskörpers beschrieben werden kann, sind die optischen Eigenschaften des Reflektors gegen diese Drehung invariant, so dass durch die Drehung am Reflektor beispielsweise der Abstrahlwinkelbereich besonders einfach eingestellt werden kann.
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Für den Fall, dass die reflektierende Oberfläche nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann durch Drehung am Reflektor die Abstrahlcharakteristik des von der Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb emittierten Strahls eingestellt werden. Beispielsweise kann dann durch Drehung die Hauptabstrahlrichtung der von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten elektromagnetischen Strahlung geändert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist das Gehäuse hohlzylinderförmig ausgebildet und die Leuchtdioden sind entlang einer Innenfläche des Gehäuses auf einer zur Mantelfläche des Hohlzylinders geneigten Fläche angeordnet. Durch die geneigte Fläche kann die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdioden auf einfache Weise derart eingestellt werden, dass eine Hauptabstrahlrichtung eines Großteils der Leuchtdioden in Richtung des Reflektors gerichtet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Leuchtdioden entlang der Innenfläche des Gehäuses montiert sind und die Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdioden durch entsprechende Optiken der Leuchtdioden eingestellt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die Leuchtdioden auf einer zum Reflektor hin geneigten Fläche angeordnet. Das Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung muss dabei nicht zwingendermaßen nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet sein. Die Fläche ist dabei beispielsweise zum sonstigen Verlauf der Innenfläche des Gehäuses geneigt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die Leuchtdioden entlang eines Ringes in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet, wobei der Ring den Reflektor vollständig umgibt. ”Vollständig umgibt” heißt dabei, dass der Ring in lateralen Richtungen, das heißt in Richtungen senkrecht beispielsweise zu einer Symmetrieachse, zu einer Rotationsachse und/oder zu einer Längsachse den Reflektor umschließt. Dabei ist es möglich, dass der Ring den Reflektor lediglich in einer Projektion von Ring und reflektierender Oberfläche in eine gemeinsame Ebene umgibt. Das heißt, der Ring kann insbesondere versetzt und damit außerhalb des Reflektors angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine Strahlungsaustrittsfläche. Sämtliche von der Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung tritt dabei durch die Strahlungsaustrittsfläche aus der Beleuchtungsvorrichtung aus. Bei der Strahlungsaustrittsfläche kann es sich beispielsweise auch um eine gedachte Ebene handeln, welche die Beleuchtungsvorrichtung an ihrer Strahlungsaustrittsseite abschließt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die Leuchtdioden vollständig zwischen dem Reflektor und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Das heißt, dass der Reflektor in Strahlungsaustrittsrichtung der aus der Beleuchtungsvorrichtung austretenden elektromagnetischen Strahlung hinter den Leuchtdioden angeordnet ist. Die Leuchtdioden strahlen ihr Licht also quer, zum Beispiel in entgegengesetzter Richtung zur Strahlungsaustrittsrichtung aus der Beleuchtungsvorrichtung in den Reflektor hinein. Ein Großteil der im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung der Leuchtdioden wird dann zunächst von der Strahlungsaustrittsfläche weggerichtet emittiert, um vom Reflektor dann in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche gelenkt zu werden.
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Eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung eignet sich besonders gut als Leuchte oder als Leuchtmittel in der Allgemeinbeleuchtung. Insbesondere können hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtungen als so genannte ”Spots” Verwendung finden, die sich durch einen besonders kleinen Abstrahlwinkelbereich auszeichnen.
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Beispielsweise ist eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet, einen Abstrahlwinkelbereich von höchstens 10° aufzuweisen. Das heißt, von einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung weist einen Strahlkegel auf, dessen Halbwertsbreite beispielsweise 10° oder weniger beträgt, so dass der Abstrahlwinkelbereich 10° oder weniger beträgt.
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Im Folgenden werden die hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
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Anhand der schematischen Darstellung der 1A, 1B, 1C ist die Aufgabenstellung für eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung näher erläutert.
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In den schematischen Darstellungen der 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 3A, 3B, 3C, 4 sind hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtungen anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren sowie anhand graphischer Darstellung näher erläutert.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Die 1A zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, die 1B zeigt die dazugehörige schematische perspektivische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung, die 1C zeigt eine graphische Auftragung zur Erläuterung der Beleuchtungsvorrichtung der 1A und 1B.
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Die Beleuchtungsvorrichtung der 1A, 1B weist mehrere Leuchtdioden 1 auf. Vorliegend umfasst die Beleuchtungsvorrichtung neun Leuchtdioden, die in einem rechteckigen Gitter gleichmäßig angeordnet sind. Die Leuchtdioden sind dabei innerhalb eines Reflektors 2 angeordnet, der eine reflektierende Oberfläche 21 aufweist. Vorliegend ist die reflektierende Oberfläche 21 als Paraboloid ausgebildet. Der Paraboloid weist einen Brennpunkt 28 auf. Eine der Leuchtdioden 1 ist im Brennpunkt 28 angeordnet, das heißt beispielsweise ein Punkt auf der Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiode 1 liegt im Brennpunkt 28. Aufgrund der Tatsache, dass zum Erreichen einer großen Lichtstärke mehrere Leuchtdioden 1 in der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind, vorliegend beispielsweise neun Leuchtdioden, kann nur eine der Leuchtdioden genau im Brennpunkt 28 angeordnet werden, die verbleibenden Leuchtdioden sind außerhalb des Brennpunkts angeordnet. Je weiter die Leuchtdioden dabei vom Brennpunkt entfernt sind, desto weniger kann die Gesamtheit der Leuchtdioden 1 als Punktlichtquelle aufgefasst werden.
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Eine mögliche Lösung dieses Problems würde darin bestehen, den Paraboloid möglichst groß auszubilden, um möglichst viele Leuchtdioden 1 relativ nah am Brennpunkt 28 platzieren zu können. Um eine Aufweitung des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Strahls möglichst gering zu halten, kann auch die Länge des Paraboloids vergrößert werden. Damit können Abstrahlwinkelbereich von zirka 15° erreicht werden, kleinere Abstrahlwinkelbereich sind kaum erreichbar. Im vorliegenden Beispiel befindet sich der Brennpunkt 28 in einem Abstand d1 von 3,8 mm unterhalb des Scheitelpunkts des Paraboloids. Der Durchmesser d3 am Brennpunkt 28 beträgt 15,26 mm. Der Abstand zwischen der Strahlungsaustrittsfläche 38 der Beleuchtungsvorrichtung und dem Brennpunkt 28 d2 beträgt 22,5 mm. Mit einer derartigen Beleuchtungsvorrichtung kann eine Abstrahlcharakteristik erreicht werden, wie sie in der 1C dargestellt ist. Wie in der 1C ersichtlich ist, beträgt der Abstrahlwinkelbereich 20°.
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Ausgehend von der in Verbindung mit den 1A, 1B und 1C erläuterten Beleuchtungsvorrichtung besteht eine zu lösende Aufgabe darin, eine Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, bei der elektromagnetische Strahlung mit hoher Intensität in kleinen Abstrahlwinkelbereichen emittiert werden kann.
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In Verbindung mit den 2A, 2B, 2C, 2D und 2E ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung näher erläutert.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Leuchtdioden 1. Vorliegend umfasst die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise acht Leuchtdioden 1, die entlang der geschlossenen Kurve 31, die vorliegend einen kreisrunden Ring 32 beschreibt, räumlich angeordnet sind. Die Leuchtdioden 1 sind entlang des Ringes 32 an der Innenfläche 36 des Gehäuses 3 der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet. Das Gehäuse 3 ist vorliegend zumindest stellenweise als Hohlzylinder ausgebildet, der eine Mantelfläche 37 aufweist.
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Die Leuchtdioden 1 sind auf einer geneigten Fläche 35 angeordnet, die einen Winkel ALPHA zwischen wenigstens 10° und höchstens 50°, vorliegend zirka 20° zur Mantelfläche 37, das heißt einer Geraden auf der Mantelfläche, die parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Hohlzylinders verläuft, einschließt. Auf diese Weise emittieren die Leuchtdioden 1 ihr Licht weg von der Strahlungsaustrittsfläche 38 der Beleuchtungsvorrichtung hin zum Reflektor 2 der Beleuchtungsvorrichtung. Die Hauptabstrahlrichtung r1 der Leuchtdioden ist folglich in Richtung des Reflektors 2 gerichtet.
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Das Gehäuse 3 kann beispielsweise metallisch ausgebildet sein. Die Leuchtdioden 1 können auf einer nicht gezeigten flexiblen Leiterplatte angeordnet sein, die zwischen den Leuchtdioden 1 und dem Gehäuse 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 3 dient dazu, die von den Leuchtdioden 1 im Betrieb erzeugte Wärme abzuführen.
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Innerhalb des Gehäuses 3 ist der Reflektor 2 angeordnet. Der Reflektor 2 ist beabstandet zur Strahlungsaustrittsfläche 38 angeordnet. Insbesondere sind die Leuchtdioden 1 zwischen dem Reflektor 2 und der Strahlungsaustrittsfläche 38 der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet.
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Der Reflektor 2 weist vorliegend ein zentrales lokales Maximum 22 auf, das gleichzeitig ein globales Maximum des Reflektors 2 bildet. Der Reflektor 2 ist also konvex zu den Leuchtdioden und der Strahlungsaustrittsfläche 3 hin gekrümmt.
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Das lokale Maximum 22 des Reflektors 2 wird in lateralen Richtungen, die beispielsweise parallel zur Strahlungsaustrittsfläche 38 verlaufen, vollständig von einem lokalen Minimum 23 umgeben, das die Erhebung des lokalen Maximums 22 nach Art eines Grabens ringförmig umläuft. Im Bereich des lokalen Minimums ist die Krümmung des Reflektors konkav.
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Bei der reflektierenden Oberfläche 21 des Reflektors 2 handelt es sich beispielsweise um die Außenfläche eines Rotationskörpers, der durch Rotation um die Rotationsachse 24, die durch das lokale Maximum 22 tritt, erzeugt ist. Die erzeugende Kurve 25 setzt sich vorliegend aus zwei Parabeln 26, 27 zusammen. Durch Rotation der erzeugenden Kurve 25 um die Rotationsachse 24 ist die reflektierende Oberfläche 21 im Rahmen der Herstellungstoleranz beschrieben.
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Der Reflektor 2 kann beispielsweise mit einem Metall gebildet sein. Beispielsweise besteht der Reflektor 2 aus einem gut reflektierenden Metall, wie beispielsweise Aluminium, oder der Reflektor 2 weist einen Grundkörper aus Kunststoff auf, der mit einem Metall beschichtet, beispielsweise bedampft ist. Bei dem Metall kann es sich dann beispielsweise auch um Silber handeln.
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Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die folgenden Abmessungen aufweisen. Ein Durchmesser der Beleuchtungsvorrichtung d3 kann 40 mm aufweisen. Der Abstand d1 zwischen der Strahlungsaustrittsfläche 38 und dem lokalen Minimum 23 beträgt 11 mm und der Abstand zwischen dem lokalen Maximum 22 und der Strahlungsaustrittsfläche 38 d2 kann zwischen 0 und 3 mm betragen. Dabei ist auch eine Skalierung der Beleuchtungsvorrichtung möglich, das heißt wichtig ist insbesondere, dass die Verhältnisse der angegebenen Zahlenwerte zueinander ungefähr gleichbleiben. Ungefähr gleich heißt dabei, dass sie um +/–25% um die aus den angegebenen Werten zu berechnenden Verhältnisse schwanken können.
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Beim Ausführungsbeispiel der 2A bis 2E sind alle Leuchtdioden 1 in Brennpunkten des Reflektors 2 angeordnet. Die reflektierende Oberfläche 21 des Reflektors 2 ist rotationssymmetrisch angeordnet, wobei die Rotationsachse 24 mit einer Längsachse 34 des das Gehäuse 3 bildenden Hohlzylinders zusammenfällt. Die Leuchtdioden 1 strahlen geneigt in den Reflektor 2, das heißt auf die reflektierende Oberfläche 21.
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Mit der gezeigten Geometrie kann es erreicht werden, dass jede Leuchtdiode in einem Brennpunkt des Reflektors liegt, so dass eine besonders enge Abstrahlcharakteristik des erzeugten Strahls erreicht werden kann. Darüber hinaus kann die Beleuchtungsvorrichtung um weitere Leuchtdioden 1 ergänzt werden, ohne dass diese dann außerhalb von Brennpunkten angeordnet sind. Vorliegend liegen die Brennpunkte 28 beispielsweise auf einer Strahlungsaustrittsfläche jeder Leuchtdiode 1. Die Brennpunkte 28 sind auf einer gemeinsamen Kurve angeordnet, die geschlossen ist und den Reflektor 2 vollständig in lateraler Richtung umgibt. Die Kurve ist dabei beispielsweise parallel zur Strahlungsaustrittsfläche 38 der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet.
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Wie aus der 2E ersichtlich ist, kann mit einer in Verbindung mit den 2A bis 2D gezeigten Beleuchtungsvorrichtung bei geringer Bauhöhe des Reflektors 2 ein Abstrahlwinkelbereich von 10° erreicht werden. Insgesamt kann die Beleuchtungsvorrichtung daher Licht hoher Intensität in einem engen Strahl emittieren.
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In Verbindung mit den 3A, 3B und 3C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung näher erläutert.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2A bis 2E ist der Reflektor 2 in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Richtung r2 bewegbar. Die Richtung r2 verläuft dabei parallel zur Längsachse 34 des Hohlzylinders, der das Gehäuse 3 bildet. Durch die Bewegung des Reflektors 2 kann die reflektierende Oberfläche 21 relativ zu den Leuchtdioden 1 bewegt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Abstand zwischen den Leuchtdioden 1 und der reflektierenden Oberfläche 21 zu verändern. Durch die Veränderung des Abstandes werden die Leuchtdioden 1 aus den Brennpunkten des Reflektors verschoben. Diese resultiert in einer Aufweitung des Abstrahlwinkelbereichs. Werden beispielsweise die Abmessungen des Ausführungsbeispiels der 2A bis 2E zugrunde gelegt, so resultiert eine Verschiebung um 2 mm der Leuchtdioden 1 aus dem Brennpunkt 28 heraus in einer Aufweitung des Abstrahlwinkelbereichs von 10° hin zu 40°.
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Dies ist schematisch in den 3B und 3C für einen Paraboloidenreflektor dargestellt. Befindet sich eine Lichtquelle exakt im Brennpunkt des Reflektors, 3B, so weist die emittierte elektromagnetische Strahlung 5 für eine punktförmige Lichtquelle einen Abstrahlwinkelbereich von 0° auf. Eine Verschiebung der Lichtquelle aus dem Brennpunkt 28 hinaus führt zur Strahlaufweitung, 3C.
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In Verbindung mit der 4 ist anhand einer schematischen Perspektivdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsvorrichtung ein Schraubgewinde 39 auf, das in das Gehäuse 3 der Beleuchtungsvorrichtung integriert sein kann. Der Reflektor 2 ist vorliegend, wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gezeigt, rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 24 ausgebildet, die mit der Längsachse 34 des Gehäuses 3 zusammenfällt. Durch ein Drehen um diese Achse kann der Reflektor entlang des Schraubgewindes 39 bewegt werden, wodurch der Abstand zwischen reflektierender Oberfläche 21 und Leuchtdioden 1 besonders einfach und genau eingestellt werden kann.
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Die Beleuchtungsvorrichtung weist an der Außenfläche des Gehäuses 3 ferner optional Kühlrippen 4 auf, welche zur effizienten Kühlung der Beleuchtungsvorrichtung dienen. Die Leuchtdioden 1 sind dazu durch das Material des Gehäuses 3 thermisch leitend mit den Kühlrippen 4 verbunden. Für den Fall, dass die reflektierende Oberfläche 21 nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann durch die Drehung des Reflektors 2 beispielsweise auch die Hauptabstrahlrichtung des erzeugten Lichts eingestellt werden. Beispielsweise ist es dadurch möglich, den Punkt der intensivsten Beleuchtung durch von der Beleuchtungsvorrichtung im Betrieb abgestrahlten Lichts zu verschieben.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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