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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, welches sowohl zur Beleuchtung von Räumen eingesetzt werden kann als auch der Erzeugung lichttechnischer Effekte dient. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine zur Realisierung eines derartigen Systems vorgesehene Leuchte, welche Lichtquellen auf LED-Basis aufweist.
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Die Anforderungen an Beleuchtungssysteme werden mit zunehmendem Fortschritt bei der Entwicklung der zur Verfügung stehenden Lichtquellen immer komplexer. Waren bislang Beleuchtungssysteme in erster Linie dazu ausgelegt, Räume beispielsweise mit Arbeitsplätzen oder generell Bereiche effizient und hell auszuleuchten, spielt nunmehr das Erzeugen spezieller lichttechnischer Effekte eine immer stärkere Rolle. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mit neuartigen Lichtquellen insbesondere auf LED-Basis nunmehr auch verhältnismäßig einfach farbiges Licht abgegeben werden kann und insbesondere die Möglichkeit besteht, die Farbe und/oder Farbtemperatur des Lichts während des Betriebs dynamisch zu verändern. Mittlerweile sind sog. Medienleuchten bekannt, bei denen großflächig RGB-LED-Cluster matrixartig angeordnet sind, welche jeweils einzeln angesteuert werden. Hierdurch wird im Prinzip ein grob gerasteter Bildschirm realisiert, dessen einzelne Pixel individuell angesteuert werden können. Auf diese Weise können optisch ansprechend Farbmuster erzeugt werden oder es können Bilder und sogar Videosequenzen dargestellt werden.
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Die derzeit zur Verfügung stehenden Systeme sind allerdings üblicherweise derart ausgelegt, dass mit ihnen entweder eine Raumbeleuchtung geschaffen wird oder lichttechnische Effekte erzielt werden können. Die oben beschriebenen Medien-Leuchten eignen sich beispielsweise in der Regel nicht bzw. nur unzureichend zur Raumbeleuchtung, da die mit ihnen realisierbare Lichtabgabe beispielsweise für die Ausleuchtung von Arbeitsplätzen unzureichend ist. Ein weiteres Problem besteht dabei auch darin, dass für eine effiziente Raumbeleuchtung in der Regel eine gerichtete Lichtabgabe, also eine Abstrahlung des Lichts in einen begrenzten Winkelbereich gewünscht ist, während hingegen lichttechnische Effekte wie beispielsweise die Darstellung von Videosequenzen oder Bildern möglichst aus allen Richtungen beobachtbar sein sollten. D. h., bei derartigen lichttechnischen Effekten ist eher eine möglichst diffuse Lichtabgabe in alle Richtungen erwünscht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine neuartige Lösung zur Realisierung eines Beleuchtungssystems anzugeben, welches im Hinblick auf die oben angesprochene Problematik flexibler nutzbar ist. Vorzugsweise sollte das Beleuchtungssystem in der Lage sein, sowohl zur Raumbeleuchtung als auch zur Realisierung lichttechnischer Effekte eingesetzt werden zu können.
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Die Aufgabe wird durch eine LED-Leuchte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Lösung beruht insbesondere auf der Nutzung einer LED-Leuchte, welche in spezieller Weise ausgebildet ist, um eine Lichtabgabe zu realisieren, die für beide oben angesprochenen Verwendungszwecke gut geeignet ist. Hierzu weist die Leuchte ein LED-Modul mit wenigstens einer LED sowie ein stabartig ausgebildetes, vorzugsweise ein zylinderartiges Lichtleitelement auf. An einem Ende des Lichtleitelements ist das LED-Modul angeordnet, das gegenüberliegende Ende des Lichtleitelements bildet eine Lichtaustrittsfläche der Leuchte, wobei dieses Ende mit einer Optik versehen ist bzw. als optisches System ausgebildet ist. Wie nachfolgend näher erläutert ist hierbei die Optik insbesondere derart ausgeführt, dass die Lichtabgabe einerseits ausreichend gerichtet ist, um im Bedarfsfall eine Raumbeleuchtung mit hoher Qualität zu erzielen. Andererseits eignet sich die Lichtabgabe auch dafür, bei Nutzung mehrerer gleichartiger Leuchten ansprechende lichttechnischer Effekte darzustellen.
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Erfindungsgemäß wird deshalb eine LED-Leuchte vorgeschlagen, welche ein LED-Modul mit wenigstens einer LED sowie ein stabartiges, vorzugsweise zylinderartiges Lichtleitelement aufweist, an dessen einem Ende das LED-Modul angeordnet ist und dessen gegenüberliegendes Ende eine Lichtaustrittsfläche der Leuchte bildet, wobei das die Lichtaustrittsfläche bildende Ende des Lichtleitelements mit einer Optik versehen ist bzw. als optisches System ausgebildet ist.
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Das die Lichtaustrittsfläche bildende Ende des Lichtleitelements kann insbesondere konkav oder konvex geformt, insbesondere konkav oder konvex gewölbt sein. Durch diese Ausgestaltung der Lichtaustrittsfläche kann eine reflektorartige Beeinflussung der Lichtabgabe erzielt werden. D. h., durch die entsprechende Formgebung der Lichtabstrahlfläche kann die zum Erzielen einer Raumbeleuchtung vorteilhafte Bündelung des Lichts erhalten werden. Gleichzeitig ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Lichtaustrittsfläche diffus streuend ausgebildet, beispielsweise aufgeraut ist. In Kombination mit der zuvor angesprochenen Formgebung der Lichtaustrittsfläche wird hierdurch der Effekt erreicht, dass die Fläche selbst in einem großen Winkelbereich leuchtend erscheint. Nach wie vor erfolgt die primäre Lichtabgabe zur Unterseite bzw. im Wesentlichen entlang einer Richtung, die der Längserstreckung des Lichtleitelements entspricht. Trotzallem kann aus unterschiedlichsten Winkeln die Lichtaustrittsfläche als zumindest schwach leuchtende Fläche wahrgenommen werden, was eine Voraussetzung für eine Darstellung gut wahrnehmbarer lichttechnischer Effekte ist. Alternativ zu der diffus streuenden Ausgestaltung der Lichtaustrittsfläche könnte ferner auch vorgesehen sein, diese mit Facetten oder anderen Strukturen zu versehen.
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Vorzugsweise weist das dem LED-Modul zugewandte Ende des Lichtleitelements eine Ausnehmung auf, in welche die wenigsten eine LED hineinragt. Hierdurch ist sichergestellt, dass das von der LED-Lichtquelle bzw. den LED-Lichtquellen üblicherweise in einen sehr großen Winkelbereich abgegebene Licht vollständig von dem Lichtleitelement aufgenommen und dann – mittels Totalreflexion – an die Lichtaustrittsfläche weitergeleitet wird. Eine Bodenfläche der Ausnehmung kann hierbei wiederum optisch wirksam ausgebildet, beispielsweise konkav oder konvex geformt, insbesondere konkav oder konvex gewölbt bzw. gekrümmt ausgebildet sein.
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Das LED-Modul weist vorzugsweise mindestens zwei verschiedene LED-Lichtquellen auf. Bei einer ersten Lichtquelle handelt es sich hierbei insbesondere um eine Weißlicht-LED, während hingegen die weitere Lichtquelle eine farbige LED ist. Besonders bevorzugt sind drei farbige LEDs in den Farben rot, grün und blau vorgesehen. Bei entsprechendem Einstellen der Intensitäten dieser drei Farben kann dann ein Mischlicht in jedem beliebigen Farbton realisiert werden. In Kombination mit dem Licht der Weißlicht-LED besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, eine zur Raumbeleuchtung genutzte intensive Abgabe mit weißem Licht zu realisieren, wobei ggf. durch Hinzumischen farbiger Lichtanteile die Farbtemperatur des Weißlichts veränderbar ist.
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Da allerdings die Weißlicht-LED und die mindestens eine farbige LED in erster Linie unterschiedlichen Zwecken, nämlich einerseits der Raumbeleuchtung und andererseits der Realisierung lichttechnischer Effekte dienen, kann vorgesehen sein, dass beide Lichtquellen durch unterschiedliche Steuersignale steuerbar sind. In die Leuchte sind dann dementsprechend zwei getrennte Kontroller integriert, wobei einer hiervon in erster Linie der Realisierung der Raumbeleuchtung dient und der andere die Ansteuerung der farbigen Lichtabgabe übernimmt. Insbesondere die Ansteuerung der farbigen LEDs erfolgt dabei vorzugsweise ausgehend von einer zentralen Steuereinheit eines größeren Beleuchtungssystems, welche an die einzelnen Leuchten entsprechende Steuersignale übermittelt um ein aufeinander abgestimmtes Abgeben von Licht zu realisieren.
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Mit Hilfe einer Vielzahl derartiger LED-Leuchten kann dann ein erfindungsgemäßes System zur Beleuchtung und Erzeugung lichttechnischer Effekte erzielt werden. Wie bereits erwähnt können dabei die Leuchten matrixartig angeordnet werden und werden dabei koordiniert von einer zentralen Steuereinheit aus angesteuert.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Beleuchtung und Erzeugung lichttechnischer Effekte;
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2 und 3 Darstellungen einer bei dem erfindungsgemäßen System zum Einsatz kommenden LED-Leuchte;
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4 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Leuchte;
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5 die Ausgestaltung des vorderen Endbereichs des stabartigen Lichtleitelements;
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6 eine Ansicht des bei der LED-Leuchte zum Einsatz kommenden LED-Moduls und
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7 Explosionsdarstellungen der LED-Leuchte.
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1 zeigt als Anwendungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ein Beleuchtungssystem 100, das in einem öffentlichen Gebäude, beispielsweise einem Museum oder dergleichen zum Einsatz kommt. Das Beleuchtungssystem 100 besteht aus einer Vielzahl einzelner Leuchten 10, die im Wesentlichen matrixartig an der Decke eines Raums angeordnet sind. Sie weisen später noch näher dargestellte längliche Lichtleitelemente auf, welche parallel zueinander ausgerichtet sind und insbesondere vertikal von der Decke nach unten ragen. An der Unterseite der Lichtleitelemente erfolgt jeweils die Lichtabgabe der Leuchten.
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Bei der Darstellung von 1 befindet sich das Beleuchtungssystem 100 in einem Videomodus, in dem die Leuchten 10 dazu genutzt werden, lichttechnische Effekte zu erzielen. Im vorliegenden Fall soll hierbei durch die matrixartig angeordneten Leuchten 10 ein Bild dargestellt werden. Die Leuchten 10 sind hierbei in der Lage, über ihre Lichtaustrittsbereiche Licht einer nahezu beliebigen Farbe abzugeben, wobei dann von einer – nicht dargestellten – zentralen Steuereinheit aus die matrixartig angeordneten Leuchten 10 derart angesteuert werden, dass letztendlich die Darstellung des Bildes erfolgt. Im Prinzip bilden hierbei die Leuchten 10 einen grob gerasterten Bildschirm, wobei jede Leuchte ein individuell ansteuerbares Pixel des Bildschirm darstellt. Bei entsprechender Ansteuerung ist sowohl die Darstellung statischer Bilder als auch sich dynamisch verändernder Bilder, also die Darstellung von Filmen oder Videosequenzen möglich. Selbstverständlich können allerdings auch beliebige Muster oder Farbverläufe mit Hilfe des Systems 100 dargestellt werden.
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Bei Nutzung des Systems 100 zur Erzeugung lichttechnischer Effekte ist in der Regel erwünscht, dass diese Effekte aus allen Bereichen gut sichtbar sind. D. h., die in verschiedenen Farben Licht abstrahlenden Lichtaustrittsflächen der Leuchten 10 sollen möglichst auch unter flachen Winkeln erkennbar sein, sodass das im vorliegenden Fall dargestellte Bild aus sämtlichen Blickrichtungen gut erkennbar ist. Dies bedeutet, dass in diesem Fall der Nutzung zur Erzeugung lichttechnischer Effekte eine Lichtabgabe vorzugsweise derart vorliegen sollte, dass diese in einen möglichst großen Winkelbereich hin erfolgt.
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Auf der anderen Seite kann es auch erwünscht sein, das System 100 – evtl. zu bestimmten Zeiträumen – in klassischer Weise zur Beleuchtung des Raums zu nutzen. In diesem Fall soll in erster Linie weißes Licht – ggf. mit geringfügiger Beimengung eines farbigen Lichtanteils – abgegeben werden, wobei im Vergleich zu der Darstellung eines lichttechnischen Effekts eine höhere Intensität bzw. Helligkeit erwünscht ist und insbesondere auch eher eine gerichtete Lichtabgabe, also eine Lichtabgabe zur Unterseite hin erfolgen soll. Diese gerichtete Lichtabgabe ist deshalb wünschenswert, da bei hohen Intensitäten unter flachen Winkeln abgestrahltes Licht zu Blendungen von Beobachtern führen kann. Soll also das System 100 zur Raumbeleuchtung genutzt werden, wäre eine Lichtabgabe wünschenswert, die sich von der bevorzugten Lichtabgabe zur Erzeugung und Darstellung lichttechnischer Effekte deutlich unterscheidet.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgestalteten Leuchten wird nunmehr eine Lösung vorgeschlagen, welche beiden Anforderungen in ausreichender Weise Rechnung trägt. Die Lichtabgabe ist hierbei derart, dass sich die Leuchte sowohl zur Realisierung lichttechnischer Effekte als auch zur Realisierung einer Raumbeleuchtung eignet. Durch die Verwendung einer derartigen Leuchte existieren nunmehr also deutlich mehr Möglichkeiten zur Nutzung eines damit realisierten Beleuchtungssystems. Die erfindungsgemäße Leuchte soll nachfolgend anhand der weiteren Figuren erläutert werden.
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Die 2 und 3 zeigen zunächst zwei Ansichten einer einzelnen Leuchte 10, deren auffälligstes Element das zur Lichtabgabe genutzte stabartige Lichtleitelement 15 ist. Im vorliegenden Fall ist dieses Lichtleitelement 15 als länglicher massiver Zylinder ausgebildet, es könnte im Querschnitt allerdings auch andere Formen aufweisen. Denkbar wäre z. B. eine gewinkelte Form, insbesondere die Form eines Polygons oder dergleichen. An einem ersten Ende dieses Lichtleitelements 15 ist ein Gehäuse 20 mit der darin befindlichen Lichtquelle angeordnet, das gegenüberliegende Ende 30 wird zur Lichtabstrahlung genutzt, wobei dessen Ausgestaltung zu einem späteren Zeitpunkt noch näher beschrieben wird. An die Rückseite des Gehäuses 20 schließt sich ein Kühlkörper 16 an, durch den auch eine Zuführung von Kabeln bzw. Leitungen 17 zur elektrischen Stromversorgung sowie zur Übermittlung von Steuersignalen geführt ist. Die Montage der Leuchte 10 an der Decke eines Raums erfolgt mit Hilfe eines Montagerings 18, der an der Unterseite der Decke befestigt wird. Der Kühlkörper 16 ragt in diesem Fall dann in eine Öffnung in der Decke, so dass er im montierten Zustand der Leuchte 10 nicht sichtbar ist.
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Die nähere Ausgestaltung einerseits der Lichtquelle sowie andererseits des Lichtleitelements 15 kann den 4 bis 6 entnommen werden. Die Lichtquelle besteht hierbei aus einem LED-Modul 40, welches an der Unterseite des Kühlkörpers 16 angeordnet ist und in thermischem Kontakt mit diesem steht. Das LED-Modul 40 weist eine Platine 41 als Trägerelement auf, auf dem einerseits mehrere LED-Leuchtmittel sowie andererseits die elektronischen Komponenten zum Betreiben der Leuchtmittel angeordnet sind. Vorzugsweise ist diese Platine 41 als sogenanntes Printed Circuit Board (PCB) ausgeführt.
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Auf der Platine 41 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier LED-Leuchtmittel angeordnet, wobei zentral eine Weißlicht-LED 42 sowie am Umfang davon drei farbige LEDs 43, 44 und 45 angeordnet sind, welche insbesondere Licht in den Farben rot, grün und blau abgeben. Bei den weiteren Komponenten auf der Platine 41 handelt es sich wie bereits erwähnt um elektronische Komponenten zum Betreiben der LEDs 42 bis 45 sowie zum Empfangen und Verarbeiten entsprechender Datensignale, die von einer zentralen Steuereinheit des Beleuchtungssystems übermittelt werden.
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Der dem LED-Modul 40 zugewandte Endbereich des Lichtleitelements 15 weist hierbei entsprechend der Darstellung von 4 eine Ausnehmung 35 auf, in welche zumindest die LED-Lichtquellen 42 bis 45 hineinragen. Vorzugsweise umschließt die LED-Platine 40 mit den Seitenwänden und der Bodenfläche der Ausnehmung 35 vollständig einen Hohlraum, was zur Folge hat, dass das von den LEDs 42 bis 45 üblicherweise in einem sehr breiten Winkelbereich abgegebene Licht vollständig in das Lichtleitelement 15 eingekoppelt wird. Ggf. kann hierbei die Bodenfläche 36 der Ausnehmung 35 auch speziell geformt werden, um bereits eine entsprechende erste Bündelung des Lichts zu erzielen. Insbesondere wäre eine gewölbte oder konkave Ausgestaltung dieser Bodenfläche 36 denkbar, wobei sowohl eine abgestufte oder abgewinkelte konkave bzw. konvexe Form als auch eine kontinuierliche konkave oder konvex Krümmung denkbar wäre.
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Das Licht, welches an dem dem LED-Modul 40 zugewandten Ende in das Lichtleitelement 15 eingekoppelt wird, wird dann mittels Totalreflexionen an den Seitenwänden des Lichtleitelements 15 zu dem gegenüberliegenden Ende 30, welches die Lichtaustrittsfläche der Leuchte 10 bildet, weitergeleitet. Da eine möglichst gute Durchmischung des Lichts der farbigen LEDs 43 bis 45 erwünscht ist, sollte das Lichtleitelement 15 dementsprechend eine gewisse Länge aufweisen, um durch Mehrfachreflexionen die Mischung zu verbessern. Denkbar wäre hierzu ein Lichtleitelement 15 mit einer Länge von etwa 1200 mm sowie einem Durchmesser von 50 mm wobei selbstverständlich auch andere Abmessungen denkbar wären. Wie bereits erwähnt, ist das Lichtleitelement 15 massiv ausgeführt und besteht aus einem transparenten Material, beispielsweise PMMA.
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An der gegenüberliegenden Seite 30 erfolgt dann die Lichtabgabe, wobei diese Stirnfläche entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel konkav gewölbt ausgebildet ist. Wie der Darstellung von 5 entnommen werden kann, hat diese konkave Wölbung der Lichtaustrittsfläche 30 zur Folge, dass die Lichtabstrahlung auf einen bestimmten Winkelbereich hin konzentriert wird. Dies entspricht einer gerichteten Lichtabgabe, wie sie üblicherweise bei der Raumbeleuchtung, insbesondere bei der blendfreien Beleuchtung von Arbeitsplätzen gewünscht ist. Dabei kann je nach gewünschter Lichtabstrahlcharakteristik für die Raumbeleuchtung die Form der Lichtaustrittsfläche 30 entsprechend angepasst werden. Auch eine konvexe Form wäre unter Umständen sinnvoll.
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Gleichzeitig ist allerdings die gewölbte Fläche 30 leicht aufgeraut bzw. diffus streuend ausgebildet, was zur Folge hat, dass aufgrund dieser Ausgestaltung ein gewisser Lichtanteil in einen deutlich größeren Winkelbereich diffus abgegeben wird. Ein vergleichbarer Effekt könnte beispielsweise auch durch eine Facettierung der Lichtaustrittsfläche 30 oder den Einsatz anderer Strukturen erzielt werden.
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Diese diffus streuende Ausgestaltung bzw. Aufrauhung hat zur Folge, dass die Lichtaustrittsfläche 30 der Leuchte 10 auch unter großen Winkelbereichen noch als schwach leuchtende Fläche erscheint. Dies wiederum ist von Vorteil, wenn die Leuchte zur Darstellung lichttechnischer Effekte genutzt werden soll. Die am Endbereich des Lichtleitelements 15 ausgeführte Optik stellt also eine Lösung dar, welche es ermöglicht, die Leuchte 10 zu beiden Zwecken – gerichtete Raumbeleuchtung einerseits und allseitig erkennbare Darstellung optischer Effekte andererseits – zu verwenden.
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Im Falle einer Verwendung der Leuchte 10 zur Raumbeleuchtung kommt wie bereits erwähnt primär die Weißlicht-LED 42 zum Einsatz, welche mit hoher Intensität Licht abgibt, welches dann gerichtet zur Unterseite hin abgegeben wird. Ggf. wäre es sinnvoll, insbesondere durch Aktivierung der roten und blauen LEDs 43, 44 diesem Weißlicht einen gewissen Farbanteil beizumischen, um die Farbtemperatur der Lichtabgabe einzustellen. Die drei farbigen LEDs 43 bis 45 weisen Im Vergleich zu der Weißlicht-LED 42 jedoch eine deutlich geringere Intensität bzw. Leistung auf.
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Die Ansteuerung der vier LEDs kann dabei entweder getrennt, also über separate Signale für das Weißlicht sowie die farbigen LEDs, oder durch ein gemeinsames Signal erfolgen. Denkbar wäre hierbei insbesondere die Nutzung von Signalen entsprechend dem DMX-Standard oder gemäß dem Video Control(VC)-Protocol. Auch die Nutzung eines anderen geeigneten Protokolls zur Steuerbefehlübermittlung wäre denkbar. Die entsprechenden Steuereinheiten bzw. Controller der Leuchten 10 weisen hierzu jeweils entsprechende Adressen auf, über welche sie von einer zentralen Steuereinheit des Systems aus individuell ansteuerbar sind. Dies ermöglicht es, Bilder oder Videos entsprechend grob zu rastern und dann den verschiedenen Leuchten, die die einzelnen Pixel des Bilds repräsentieren, geeignete Steuersignale zu übermitteln.
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7 zeigt aus zwei verschiedenen Richtungen Explosionsansichten der erfindungsgemäßen Leuchte 10, durch welche die Anordnung und Halterung der verschiedenen Komponenten im Gehäuse 20 verdeutlicht wird. Dieses besteht aus zwei Halbschalen 20a und 20b, welche einen zylinderartigen Hohlraum umschließen, in dem das LED-Modul 40 angeordnet ist. Diese Halbschalen 20a, 20b umfassen dabei auch das entsprechende Ende des Lichtleitelements 15, wobei eine stabile Lagerung bzw. Halterung mit Hilfe zweier elastischer Ringe 21 erzielt wird, die in am Innenumfang des Gehäuses 20 verlaufenden Nuten 22 angeordnet sind. In gleicher Weise ist auch ein am vorderen Ende des Kühlkörpers 16 angeordneter Flansch 16a in einer umlaufenden Ausnehmung 23 des Gehäuses 20 gelagert, sodass dieses sämtliche Komponenten fest zusammenhält. Die Montage an der Decke erfolgt dann wie bereits erwähnt über den Montagering 18, der aus zwei das Gehäuse 20 umfassenden Halbringen 18a, 18b gebildet ist.
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Letztendlich erlaubt also die erfindungsgemäße Leuchte aufgrund ihrer Lichtabstrahleigenschaften sowie ihrer Möglichkeiten zur Abstrahlung von Licht unterschiedlicher Farbe und Farbtemperatur die Realisierung von Beleuchtungssystemen, welche nunmehr wahlweise zu unterschiedlichsten Zwecken, insbesondere zur Realisierung einer Raumbeleuchtung sowie zur Realisierung bzw. Darstellung lichttechnischer Effekte eingesetzt werden können. Die Flexibilität eines mit Hilfe der erfindungsgemäßen Leuchte gebildeten Beleuchtungssystems wird also deutlich erhöht.
