DE102022123220A1

DE102022123220A1 - Optische vorrichtung für die desinfektion oberer luftschichten in einem raum

Info

Publication number: DE102022123220A1
Application number: DE102022123220.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hartwig; Werner Stolzenberg
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2022-09-12
Filing date: 2022-09-12
Publication date: 2024-03-14
Also published as: WO2024056429A1

Abstract

Eine Optische Vorrichtung (10) für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum umfasst:eine Lichtquelleneinheit (120), umfassend eine Lichtquelle (150) und eine lichtemittierende Fläche (100), die eingerichtet ist, Strahlung (300) in einem UV-Wellenlängenbereich abzugeben,einen ersten Reflektor, der eingerichtet ist, in einem ersten Abstand von der Lichtquelleneinheit angeordnet zu werden und die von der Lichtquelleneinheit (120) abgegebene Strahlung (300) zu empfangen und mit kollimierender Wirkung und geringem Fernfeldwinkel in eine erste Richtung in den Raum zu reflektieren;einen zweiten Reflektor, der eingerichtet ist, in dem Raum in einem zweiten Abstand von dem ersten Reflektor und an einer dem ersten Reflektor gegenüberliegenden Position angeordnet zu werden und die von dem ersten Reflektor reflektierte Strahlung (300) zu empfangen und in eine zweite Richtung derart zu reflektieren, dass eine Sensoreinheit, die von dem zweiten Reflektor reflektierte Strahlung direkt oder mittelbar empfangen kann;die Sensoreinheit, die eingerichtet ist, die vom zweiten Reflektor reflektierte Strahlung zu erfassen; undeine mit der Sensoreinheit und der Lichtquelleneinheit verbundene Steuereinheit, die eingerichtet ist, abhängig von der jeweils erfassten Strahlung ein Signal auszugeben, das den Zustand der optischen Vorrichtung oder eine Beeinträchtigung des Schutzes von Personen vor der abgegebenen und/oder reflektierten Strahlung wiedergibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum, welcher beispielsweise von Personen genutzt wird, insbesondere auch um einer Ansteckung mit Krankheitserregern vorzubeugen.
Stand der Technik
Optische Vorrichtungen zur Desinfektion von Luft insbesondere in geschlossenen Räumen nehmen stark an Bedeutung zu, besonders auch im Zuge der durch das Coronavirus SARS-CoV-2 ausgelösten Pandemie. Solche Vorrichtungen verwenden im Regelfall ultraviolette Strahlung, insbesondere UV-C-Strahlung, um Keime bzw. Krankheitserreger wie etwa Bakterien, Bakteriensporen, Viren oder Viroide, Pilze, Pilzsporen oder Algen etc. aus der Raumluft zu inaktivieren bzw. abzutöten.
Im Fall von zu diesem Zweck häufig eingesetzten UV-C-Wandgeräten oder auch mobilen UV-C-Geräten kann dabei den entsprechenden Räumen Luft entnommen, diese bei der Aufbereitung der UV-C-Strahlung ausgesetzt und schließlich wieder dem entsprechenden Raum zugeführt werden. Ein der UV-C-Strahlung entsprechender Wellenlängenbereich reicht von 100 nm bis 280 nm. Andere Wellenlängenbereiche wie die der UV-A- oder UV-B-Strahlung sind nicht ausgeschlossen. Beispielsweise wurden bisher oftmals Niederdruck-Quecksilberdampflampen eingesetzt, die Strahlung bzw. Licht einer Wellenlänge von 254 nm emittieren, welches zum Beispiel zur Virusinaktivierung ausgenutzt wird, da in diesem Fall die Virusnukleinsäure angegriffen wird. Nach einer Vielzahl von Zyklen kann durch diese Behandlung die Keim last in den betreffenden Räumen um mehr als 99 % reduziert werden.
Konventionell wurden in Vorrichtungen zur UV-C-Keimabtötung auch Quecksilber-Mitteldrucklampen oder gepulste Xenon-Bogenlampen verwendet. Die derzeitigen Geräte verwenden meist UVC-Niederdrucklampen. In jüngerer Zeit werden auch Anstrengungen unternommen, UV-C-LEDs einzusetzen.
Beim Einsatz solcher Geräte sind allerdings grundsätzliche auch immer Fragen des Stahlenschutzes zu beachten, da sich die freigesetzte UV-C-Strahlung bei Exposition sehr schädigend auch auf Augen und Haut etc. von Personen auswirken kann. Bei den genannten Wandgeräten sind daher im Allgemeinen spezielle Maßnahmen erforderlich, die sicherstellen, dass die UV-C-Strahlung nicht aus dem jeweiligen Innenraum der Geräte nach außen gelangt, wie etwa gewinkelte Ein- und Auslassöffnungen oder auch Lamellen.
Ein anderer, derzeit in den Fokus rückender Typ von Vorrichtungen zur Keimtötung mittels UV-C-Strahlung stellt das sog. Upper Air bzw. Upper Room GUV Device (GUV: germicidal UV - keimabtötendes UV) dar. Solche Vorrichtungen werden für Räume mit einer Deckenhöhe von mindestens 10 Fuß (entspricht etwa 3,048 m) empfohlen. Die in einer Höhe von z.B. ca. 2,1 m (entsprechend 7 Fuß) montierten Vorrichtungen zur UV-C-Desinfektion sind solchermaßen verbaut, dass sie lediglich die Luft oberhalb der eigenen Höhe desinfizieren. Sie geben dabei die UV-C-Strahlung nach außen direkt in den Raum oberhalb der sich möglicherweise darin befindlichen Personen ab. Die Gesamtdesinfektion der Raumluft erfolgt durch natürlich Luftzirkulation.
Ein Überblick über die Desinfektion anhand solcher Vorrichtungen ist in 1 gezeigt, die mit geringfügiger Überarbeitung dem ASHRAE Handbook - HVAC Applications (ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, 2019, Handbook-HVAC Applications, Chapter 62.6. USA, Atlanta, GA.), entnommen ist. Das Diagramm zeigt entlang der Abszisse die Raumtiefe d_horiz (gemessen von der auf den Boden projizierten Position der Vorrichtung, in Einheiten von 0,3048 m bzw. Fuß) und entlang der Ordinate die Raumhöhe d_horiz, gemessen vom Boden des Raums aus, in Einheiten von 0,3048 m bzw. Fuß. Die konventionelle optische Vorrichtung 1090 ist in etwa 2,1 m Höhe installiert. Mit den Bezugszeichen 1010, 1020, 1030, 1040, und 1050 sind Linien gleicher lokaler Bestrahlungsstärke bezeichnet (1010: 200 µW/cm², 1020: 100 µW/cm², 1030: 50 µW/cm², 1040: 20 µW/cm², 1050: 10 µW/cm²). Das Bezugszeichen 1060 bezeichnet einen Bereich, in welchem die Bestrahlungsstärke immer noch über 0,2 µW/cm² liegt. In der zur Desinfektion aktiven Zone sollte die Bestrahlungsstärke einen Mindestwert von 10 µW/cm² überschreiten, um ausreichend wirksam zu sein. Unterhalb der aktiven Zone befindet sich die sogenannte Safe-Zone. Hier sollten sich die Menschen länger aufhalten können (z.B. bis zu 8 Stunden). In dieser Zone sollte die Bestrahlungsstärke im Allgemeinen unterhalb von 0,2 µW/cm² liegen. Wie zuerkennen ist, ist die UV-C-Strahlung im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, um die Safe-Zone nicht mit UV-C-Strahlung zu beeinträchtigen. Entlang der Abszisse nimmt die Bestrahlungsstärke aufgrund des zunehmenden Abstands von der Vorrichtung erheblich ab. Durch eine höhere Lampenleistung kann eine Desinfektion in größerer Raumtiefe erzielt werden.
Durch die Verwendung von UV-C-Niederdrucklampen in herkömmlichen Vorrichtungen, die anders als LED-basierte Lichtquellen eine vergleichsweise große Etendue und infolgedessen geringe Strahldichte besitzen, ist es regelmäßig erforderlich, Reflektoren und Lamellen einzusetzen, um die Strahlung in der in 1 angedeuteten engen Zone unter der Raumdecke zu halten. Durch die Lamellen können diejenigen Strahlungsanteile, die die Reflektoren der Vorrichtung unter größeren Winkeln (nach oben oder unten relativ zur horizontalen Ebene) verlassen, absorbiert werden. Dies führt aber wiederum zu Wirkungsgraden, die im Allgemeinen unterhalb von 10 % liegen. Die daher hohen Leistungsaufnahmen bei geringer Fernwirkung und die hochgradig ungleiche Verteilung der Bestrahlungsstärke im Bereich der Raumdecke wirken sich folglich auch durchaus nachteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtungen - es ist eine höhere Anzahl von Geräten pro Raumdeckenfläche erforderlich - und auch auf die Komplexität des Desinfektionskonzepts für einen gegebenen Raum aus. Mit den nur eine geringe Etendue aufweisenden LED-basierten Lichtquellen lassen sich daher wesentlich weitreichendere und homogenere Bestrahlungskonzepte für die oberen Luftschichten in einem Raum im Rahmen der Upper Air bzw. Upper Room GUV Devices entwickeln.
Allerdings sind auch hierbei weitere Probleme zu lösen: beispielsweise könne die Räume mit den zu entkeimenden Luftschichten völlig unterschiedliche Geometrien aufweisen, so dass im Regelfall eine individuelle Anpassung der Vorrichtungen erforderlich sein wird. Dies kann auch die Anwendung in Lüftungsgeräten (AHU, air handling units) betreffen. Ferner sind dabei jeweils die Vorschriften bezüglich Sicherheit (Strahlungsschutz von sich in der Safe Zone aufhaltenden Personen) einzuhalten, eine Optimierung der keimtötenden Wirkung zu bewirken und gleichzeitig die ausreichende Effizienz (Wirkungsgrad) des Systems sicherzustellen. Indessen sollte das Gerät auch leicht zu installieren sein. Ferner sollte die im Raum installierte Vorrichtung insbesondere auch unabhängig von den optischen Eigenschaften der betreffenden Oberflächen (Decke und Wände) des zu entkeimenden Raums sein.
Darstellung von Aspekten der Erfindung
Einigen der nachfolgend beschriebenen Aspekten liegt daher eine Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit der für die Desinfektion mittels UV-Strahlung, insbesondere UV-C-Strahlung, verwendeten optischen Vorrichtungen zu verbessern und gleichzeitig auch einen größeren Schutz für die in dem Raum befindlichen Personen herbeizuführen beziehungsweise eine ausreichende Safe-Zone sicherzustellen, sowie auch die Flexibilität und Anpassbarkeit an die Gegebenheiten in dem zu desinfizierenden Raum zu verbessern.
Die Aufgabe wird unter anderem gelöst durch eine optische Vorrichtung für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Aspekte und Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Den hier vorgestellten Aspekten einer optische Vorrichtung für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum ist gemeinsam eine Lichtquelleneinheit, die eine Lichtquelle und eine lichtemittierende Fläche umfasst, wobei Letztere eine Lichtquellenebene (engl. source plane) festlegt und Erstere eingerichtet ist, Strahlung in einem UV-Wellenlängenbereich abzugeben. Bei der UV-Strahlung kann es sich insbesondere um solche im dem UV-C-Wellenlängenbereich (z.B. 100 nm - 280 nm) handeln. Alternativ (oder zusätzlich) kann auch UV-A- oder UV-B-Strahlung insbesondere in Verbindung mit Photokatalyse eingesetzt werden, wenn die Raumdecke beispielsweise mit Titandioxid beschichtet ist. Einzelne Aspekte können eine recht große zu bestrahlende Fläche vorsehen, so dass potenziell auch in diesem Fall eine gute katalytische Wirkung erzielbar sein kann.
Ferner ist ein erster Reflektor vorgesehen, der eingerichtet ist, in einem ersten Abstand von der Lichtquelleneinheit angeordnet zu werden und die von der Lichtquelleneinheit abgegebene Strahlung zu empfangen und mit kollimierender Wirkung und geringem Fernfeldwinkel in eine erste Richtung in den Raum zu reflektieren. Spezielle Ausführungsbeispiele sehen die Reflexion eines exakt parallelen Strahlenbündels vor, während andere Ausführungsbeispiele ein leicht divergentes Strahlenbündel oder auch ein eher fokussierendes (d.h. konvergentes) Strahlenbündel erlauben. Ziel des ersten Reflektors ist es, die von der Lichtquelleneinheit über einen großen Raumwinkelbereich (Lambertscher Strahler) emittierte Strahlung zusammenzufassen und gebündelt über eine im Vergleich zum Abstand Lichtquelleneinheit - erster Reflektor große Distanz gerichtet in den zu desinfizierenden Raum abzustrahlen. Das entsprechend (zumindest im Wesentlichen) kollimierte Strahlenbündel überstreicht dadurch einen festgelegten Volumenbereich des Raums. Der Querschnitt des Strahlenbündels entspricht dabei regelmäßig der Reflektorgeometrie. Durch die Kollimation kann die Bestrahlungsstärke in jedem Punkt der von der UV-Strahlung überstrichenen Luftsäule konstant sein, d.h. eine im Wesentlichen homogene Verteilung der Bestrahlungsstärke innerhalb des bestrahlten säulenartigen Volumenbereichs sowohl hinsichtlich des Punktes im Querschnitt als auch hinsichtlich des Abstands vom ersten Reflektor. Um die kollimierende Wirkung zu erzielen, befindet sich die Lichtquelleneinheit zumindest nahe einem Fokus (Brennpunkt, wenn der Reflektor parabolisch ist) bzw. einem Fokusbereich des Reflektors. Der erste Reflektor kann aufgrund seiner Funktion als Raumreflektor bezeichnet werden.
Ferner kann auch ein zweiter Reflektor vorgesehen sein, der eingerichtet ist, in dem Raum in einem zweiten Abstand von dem ersten Reflektor und an einer dem ersten Reflektor gegenüberliegenden Position angeordnet zu werden und die von dem ersten Reflektor reflektierte Strahlung zu empfangen und in eine zweite Richtung derart zu reflektieren, dass eine Sensoreinheit die von dem zweiten Reflektor reflektierte Strahlung direkt oder mittelbar empfangen kann. Der zweite Abstand legt zusammen mit dem Querschnitt des (zumindest im Wesentlichen) kollimierten Strahlenbündels das Volumen fest, dessen Luftinhalt primär durch die UV-Strahlung desinfiziert wird. Der zweite Reflektor kann verschiedenen Aspekten zufolge unterschiedliche Funktionen ausüben. Gemeinsam ist diesen Funktionen, dass der zweite Reflektor die empfangene Strahlung räumlich so reflektiert, dass eine Sensoreinheit diese schließlich erfassen kann.
Zum einen kann er als Rück-Reflektor (engl. back reflector) dienen. In diesem Fall kann es sich auch um einen planen Reflektor handeln, welches die Kosten minimiert und die Installation vereinfacht. „Rück-Reflektor“ bedeutet hier, dass die (zweite) Richtung des reflektierten Strahlenbündels einen relativ spitzen Winkel mit der ersten Richtung des vorher auf ihn treffenden Strahlbündels einschließt. Die Sensoreinheit kann dadurch räumlich nahe an der Lichtquelleneinheit eingerichtet werden, so dass die Steuerung und Leistungsversorgung der beiden Einheiten vereinfacht und effizient ausgelegt sein kann, welches die Kosten verringert. Ferner können diese beiden Einheiten auch mechanisch, z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse oder an gemeinsamen Trägervorrichtungen, aufgenommen sein, welches die Installation der optischen Vorrichtung als Ganzes weiter vereinfacht. Wenn zudem die Leistungsverluste aufgrund der Reflektion selbst gering ausfallen, eröffnet sich ein weiteres säulenartiges Luftvolumen im rücklaufenden UV-Strahlenbündel ungefähr gleicher Dimension, in welchem zusätzlich Desinfektion stattfinden kann.
Weitere Ausführungsbeispiele sehen vor, dass mehrere solcher zweiten Reflektoren kaskadenartig eingerichtet werden, um noch weitere säulenartige Volumenbereiche einen nach dem anderen mit UV-Strahlung zu überstreichen. Ferner ist es einer Weiterbildung zufolge auch möglich, dass ein und derselbe erste Reflektor unterteilt ist (bzw. nebeneinander mehrere erste Reflektoren vorgesehen sind), um die Strahlung in der beschriebenen Weise in unterschiedliche Richtungen zu reflektieren, um entsprechend verschiedene und räumlich getrennt voneinander zweite angeordnete zweite Reflektoren zu bestrahlen, welches besonders im Fall von verwinkelten Räumen einen gewissen Vorteil bietet.
Zum anderen kann das vom zweiten Reflektor rücklaufende Strahlenbündel aber auch auf einen zu bestrahlenden Wandbereich, beispielswiese eine Fläche der Raumdecke, gerichtet sein. Dort trägt sie ebenfalls zur Entkeimung bei und wird je nach Oberflächenbeschaffenheit diffus reflektiert. Zumindest ein Teil dieser reflektierten Strahlung kann von einer Sensoreinheit erfasst werden.
Desweiteren umfasst die optische Vorrichtung gemäß diesem Aspekt die Sensoreinheit, die eingerichtet ist, die vom zweiten Reflektor reflektierte Strahlung direkt oder mittelbar zu erfassen. Die mittelbare Erfassung kann beispielsweise über die vorgenannte diffus reflektierte Strahlung von einer Wandfläche erfolgen. Mehrere spezielle Ausführungsbeispiele sehen aber auch vor, einen dedizierten Sensorreflektor einzusetzen, der das vom zweiten Reflektor zurück reflektierte Strahlenbündel empfängt und auf die Sensoreinheit fokussiert, welches die Lichtausbeute für die Erfassung noch einmal deutlich erhöht und einen direkten Vergleich der von der Lichtquelleneinheit abgestrahlten mit der von der Sensoreinheit erfassten Strahlungsleistung erlaubt. Die Strahlungsleistung der von der Lichtquelleneinheit emittierten Strahlung kann dabei auch vorab bekannt sein oder indirekt über den Betriebszustand (Strom, Spannung, Temperatur, Lebensdauer) abgeschätzt werden, braucht also nicht notwendig ebenfalls mit einem Sensor gemessen zu werden
Aspekte der vorliegenden Erfindung berücksichtigen aber auch eine direkte Erfassung durch die Sensoreinheit. Dies wird möglich, wenn der zweite Reflektor gleichzeitig als Sensorreflektor fungiert und die rückreflektierte Strahlung direkt auf die Sensoreinheit richtet. Eine fokussierende Eigenschaft des zweiten Reflektors (mit Fokussierung auf die Sensoreinheit) kann hierbei nützlich sein. Die optische Vorrichtung kann in diesem Fall überhaupt nur zwei Reflektoren umfassen (mögliche Reflektoren anstatt Linsenelementen als Primäroptik unmittelbar vor der Lichtquelle außer Acht lassend).
Die optische Vorrichtung kann ferner eine mit der Sensoreinheit und der Lichtquelleneinheit verbundene Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, abhängig von der jeweils erfassten Strahlung ein Signal auszugeben. Dieses Signal kann den Zustand der optischen Vorrichtung (z.B. Vorhandensein und Ausmaß einer Funktionsstörung oder Degradation einzelner Komponenten der Vorrichtung, oder Störungen in der Leistungsversorgung) oder eine Beeinträchtigung des Schutzes von Personen vor der abgegeben und/oder reflektierten Strahlung wiedergeben. Die von der Sensoreinheit erfasste Strahlung kann als digitaler oder analoger Pegelwert, oder im Fall mehrerer Sensoren (siehe nachfolgende Beschreibung), z.B. in einem Array mit Bildpunkten etc., entsprechend als Vielzahl von Pegel- oder sogar Farbwerten an die Steuereinheit übermittelt werden. Besonders gelagerte Ausführungsbeispiele können vorsehen, dass die Sensoreinheit auch spektrale Verteilungen der Strahlung erfasst.
Die Steuereinheit kann den zeitlichen Verlauf der erfassten und übermittelten Werte auswerten und dadurch plötzliche Änderungen detektieren, insbesondere solche, die durch den Eingriff bzw. Eintritt von Personen in den Strahlengang und damit in den Bereich schädigender Strahlung zustande kommen, d.h., Personen können erfasst werden die in nicht zulässiger Weise die Safe Zone verlassen.
Es kann sich dabei um Personen handeln, die beispielsweise in den oberen Bereich des Raums eindringen, um dort verschiedene Tätigkeiten durchzuführen (z.B. Reparaturen, anderweitige Installationen, Dekoration, Lampenwechsel etc.) ohne sich der schädigenden UV-Strahlung bewusst zu sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen allerdings auch eine vertikale Unterteilung des Raums in Zellen (d.h., horizontal nebeneinander angeordnete Zellen), wobei in jeder Zelle die Strahlung von einem im oberen Bereich angeordneten ersten Reflektor zu einem im Bodenbereich eingerichteten zweiten Reflektor hin kollimiert und gelenkt wird, der sie nach oben rückreflektiert. Eine die Zelle betretende Person kann dabei physisch leicht in den Strahlenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Reflektor gelangen, welches sofort von der Sensoreinheit bzw. der mit ihr verbundenen Steuereinheit erfasst wird.
Einer dazu alternativen Ausführungsform zufolge kann vorgesehen sein, den Raum horizontal zu unterteilen, um entsprechende über- bzw. untereinander angeordnete Zellen zu erhalten, die sich z.B. von Wand zu Wand erstrecken, wobei jedoch keine eigentliche Safe-Zone vorgesehen ist, sondern wie beschrieben die Detektion von Personen (einer Lichtschranke ähnlich) durchgeführt wird, wobei wie beschrieben eine entsprechende Verschaltung der UV-Quellen/Zonen bereitgestellt ist.
Eine solche Ausgestaltung wie sie nachfolgend z.B. mit Bezug auf 27 beschrieben ist, macht es möglich, einen erheblichen Teil des Raumes ohne Gefährdung der Personen im Raum zu behandeln. Auch bedarf es hierbei keiner großen Luftbewegung: Allergene und Staub verbleiben dort, wo sie sind und verteilen sich nicht im Raum. In einem OP-Saal oder anderen medizinischen/klinischen Räumen kann dieser Vorteil von großem Wert sein.
In den genannten Fällen (Upper Room und Safe Zone; Unterteilung in vertikale Zellen; Unterteilung in horizontale Zellen) kann die Steuereinheit ein Signal ausgeben, das zur Abschaltung der UV-Strahlung in der Lichtquelleneinheit genutzt werden kann, so dass die Person vor Strahlung geschützt ist. Dadurch wird die Sicherheit der Vorrichtung bzw. der Strahlungsschutz deutlich verbessert. Ferner kann in dem Beispiel der vertikalen oder der horizontalen Unterteilung des Raums in Zellen eine Steuerung durchgeführt werden, bei der nur solche Zellen von einer UV-Desinfektion ausgenommen sind, in denen sich gerade Personen aufhalten. Dadurch wird ein Vorteil dahingehend erzielt, dass weitaus mehr Raum für eine UV-Desinfektion zur Verfügung steht und somit die Effizienz des Desinfektionskonzepts noch einmal deutlich gesteigert wird.
Einer vorteilhaften Weiterbildung der optischen Vorrichtung zufolge umfasst diese den vorerwähnten Sensorreflektor, der die von dem zweiten Reflektor reflektierte Strahlung empfängt und dazu eingerichtet ist, die empfangene Strahlung auf die Sensoreinheit zu fokussieren, wobei der Sensorreflektor

(a) ein von dem ersten und zweiten Reflektor verschiedenes optisches Element ist, oder
(b) identisch mit dem ersten Reflektor ist, oder
(c) identisch mit dem zweiten Reflektor ist.

Entsprechend sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit wenigstens drei Grundanordnungen für die optische Vorrichtung denkbar. Im Fall (a) ist der zweite Reflektor bzw. dessen Flächennormale geringfügig gegenüber der ersten Richtung des auf ihn vom ersten Reflektor einfallenden Strahlenbündels geneigt oder gekippt, vorzugsweise um 10° oder weniger, damit das rücklaufende Strahlenbündel auf den positionsverschiedenen Sensorreflektor einfallen kann, der die Strahlung auf die Sensoreinheit fokussiert. Im Fall (b) ist der erste Reflektor (der Raumreflektor) gleichzeitig der Empfänger der rücklaufenden Strahlung. Damit das rücklaufende und (bei planem zweiten Reflektor) immer noch kollimierte Strahlenbündel nicht auf die Lichtquelleneinheit zurück sondern auf die nahe positionierte Sensoreinheit fokussiert wird, kann entweder bereits die Lichtquelleneinheit asymmetrisch aus dem Fokus verschoben positioniert sein, oder der zweite Reflektor ist ähnlich wie oben beschrieben leicht gekippt oder geneigt, so dass das rücklaufende Strahlenbündel nicht unmittelbar den gleichen Strahlengang besitzt wie das vom ersten Reflektor reflektierte Strahlenbündel. Der Fall (c) wurde bereits oben beschrieben.
Einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung zufolge umfasst die optische Vorrichtung einen Strahlabsorber, der die nicht von der Sensoreinheit erfasste und verwertete Strahlung zumindest überwiegend absorbiert. Dadurch kann den Anforderungen an den Strahlungsschutz Rechnung getragen werden.
Einer vorteilhaften Weiterbildung der optischen Vorrichtung zufolge beträgt der zwischen der Lichtquelleneinheit und dem ersten Reflektor vorgesehene erste Abstand 1 m oder weniger, vorzugsweise sogar nur 0,5 m oder weniger. Alternativ oder zusätzlich kann der zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor vorgesehene zweite Abstand nicht weniger als 4 m und nicht mehr als 40 m betragen. Dieser zweite Abstand kann somit üblichen Raumgeometrien (einschließlich Großraumbüros, Veranstaltungssälen, Verkaufsräumen, Passagen, etc.) entsprechen.
Gemäß speziellen Ausführungsbeispielen kann der erste Reflektor ein Paraboloidspiegel oder aber bevorzugt auch ein Fresnel-Reflektor mit Paraboloideigenschaften sein, wobei sich besondere Vorteile durch den flachen Aufbau bieten. Der Reflektor kann rechteckig oder quadratisch geschnitten sein, um ein gut bestimmbares Querschnittsprofil für das Strahlenbündel zu erhalten. Wie erwähnt wirkt der erste Reflektor im Wesentlichen kollimierend. Eine Fokussierung auf eine im Raum entfernt gegenüberliegende Sensoreinheit ist aber grundsätzlich nicht ausgeschlossen.
Speziellen Ausführungsbeispielen zufolge kann der erste Reflektor im Fall eines rechteckigen oder quadratischen Zuschnitts in Draufsicht entlang seiner optischen Achse eine Kantenlänge (und im Fall einer in Draufsicht abgerundeten Form: einen Durchmesser) von 100 mm oder mehr, vorzugsweise 200 mm oder mehr besitzen. Dadurch steht ein hinreichend großes Raumvolumen (Luftsäule) für die fortlaufende Desinfektion durch UV-Strahlung zur Verfügung. Der zweite Reflektor besitzt idealerweise ähnliche Kantenlängen oder Durchmesser.
Wie beschrieben kann der zweite Reflektor bevorzugt ein im Wesentlichen planer Spiegel sein, jedoch kann es sich besonderen Ausführungsbeispielen zufolge auch um einen Paraboloidspiegel mit einer Fokallänge handeln, die einem dritten Abstand zwischen dem zweiten Reflektor und der Sensoreinheit entspricht (obiger Fall (c)). Bevorzugt ist allerdings der oben genannte Fall (b), in welchem lediglich ein kombinierter Raum- und Sensorreflektor und ein planer Rückreflektor vorgesehen ist, so dass die Anzahl der Teile reduziert, die Kosten gesenkt und der Aufbau vereinfacht ist.
Speziellen Ausführungsbeispielen zufolge kann die Sensoreinheit eine einzelne oder mehrere Photodioden, und/oder einen einzelnen oder mehrere thermische Sensoren, einen Vierquadranten-Detektor aus Photodioden oder thermischen Sensoren, oder einen bildgebenden Detektor umfassen. Die beiden letztgenannten Optionen erlauben eine räumliche Lokalisierung einer Störung im Strahlengang. Bei höherer Auflösung kann von der Steuereinheit sogar eine Bewegung des störenden Körpers in dem überstrichenen Raumvolumen erfasst werden. Zum einen kann dadurch festgestellt werden, ob es sich um einen menschlichen Körper handelt, zum anderen kann insbesondere in dem oben beschriebenen Konzept der Vielzahl von Zellen im unterteilten Raum (mit Zellenraster) ermittelt werden, welche Zelle als nächste betroffen ist, so dass diese frühzeitig auf inaktiv geschaltet werden kann. Um die Bewegung des Körpers in der Zelle weiter erfassen zu können, kann aber mit Vorteil auch die Leistung auf einen Wert geregelt werden, der unterhalb des Schwellwerts von 0,2 µW/cm² liegt, so dass die dann noch emittierte Strahlung unbedenklich ist. Die Steuereinheit setzt dann die erfasste Strahlung in Bezug zu dem reduzierten Wert der emittierten Strahlung. Diese Werte können auch vorab kalibriert und in der Steuereinheit (z.B. in einem Speicher) hinterlegt sein.
Einer Weiterbildung dieses Gedankens zufolge können neben die UV-Quelle, oder vorzugsweise um sie herum, Quellen angeordnet werden, die in Bezug auf den menschlichen Körper harmlose Strahlung emittieren (z.B. sichtbares Licht, nahes IR etc.). Die Sensoreinheit kann dann weiter betrieben werden, während sich die Person in der Zelle befindet. Alternativ kann man wie oben beschrieben die Strahlung der UV-Quelle auch nur unter einen Schwellwert abgesenkt werden (z.B. durch Stromreduktion). Die Bewegungen können in diesem Fall durchgehend überwacht werden.
Die beschriebenen Weiterbildungen der optischen Vorrichtung mit einem Strahlabsorber können vorsehen, dass dieser eine Oberfläche mit einer UV-C-Strahlung absorbierenden Materialeigenschaft und/oder eine Oberfläche mit strukturierter Oberfläche umfasst, durch welche UV-C-Strahlung durch Mehrfachreflexion in Strukturen (Gräben oder Ausnehmungen) abgeschwächt oder absorbiert wird.
Ferner kann Ausführungsbeispielen zufolge der Strahlabsorber eine Vorrichtung mit Lamellenvorhang und Umlenkreflektor umfassen, wobei durch den Lamellenvorhang Strahlung mit vorgegebener Richtung in ein Inneres der Vorrichtung eingelassen und mit dem Umlenkreflektor die eingelassene Strahlung im Inneren auf die UV-C-Strahlung absorbierende Oberfläche gelenkt wird. Die Lamellen verhindern den Wiederaustritt der insoweit noch nicht absorbierten Strahlung.
Aufgrund der für die hier vorgeschlagene Anwendung wünschenswerten geringen Etendue eignen sich Aspekten der Erfindung zufolge als Lichtquellen eine oder mehrere Einzellichtquellen, insbesondere UV-LEDs, und hier besonders bevorzugt UV-C-LEDs. Mehrere Einzellichtquellen bzw. LEDs können zu dichten Arrays gruppiert sein. Aspektverhältnisse (d.h., Länge zu Breite der Lichtquelle) liegen bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 2, vorzugsweise in einem Bereich von 0,8 bis 1,2, idealerweise nahe bei 1,0. Eine einzelne UV-C-LED kann beispielsweise Dimensionen von 1 × 1 mm² aufweisen. Arrays von UV-LEDs, insbesondere UV-C-LEDs sind entsprechend größer. Das Verhältnis der Kantenlänge des ersten Reflektors zur Dimension der Lichtquelle liegt vorzugsweise unterhalb von 1:50, besonders bevorzugt unterhalb von 1:100
Die Lichtquelleneinheit weist Ausführungsbeispielen zufolge ein erstes optisches Element oder mehrere erste optische Elemente als Primäroptik auf, das beziehungsweise die der einen oder den mehreren UV-LEDs zugeordnet ist beziehungsweise sind. Diese(s) nimmt/nehmen die Strahlung aus der Emissionsfläche der LED auf. Die lichtemittierende Fläche wird dabei durch das eine oder die mehreren ersten optischen Elemente ausgebildet. Bei solchen Elementen kann es sich beispielsweise um Tapers oder Linsen handeln, die direkt vor der Emissionsfläche der LED platziert sind.
Die Lichtquelleneinheit kann speziellen Weiterbildungen zufolge auch ein zweites optisches Element aufweisen, das ausgebildet sein kann als ein Freiformreflektor, oder als eine TIR-Linse oder eine Freiformlinse. Dieses zweite optische Element hat die Aufgabe, die aus der lichtemittierenden Fläche (Primäroptik oder UV-LED selbst) emittierte Strahlung mit möglichst homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke auf die Oberfläche des ersten Reflektors abzubilden.
Die Freiform des zweiten optischen Elements ist folglich so ausgelegt, dass eine Verteilung der Bestrahlungsstärke der vom entsprechenden Freiformreflektor bzw. der Freiformlinse/TIR-Linse auf den ersten Reflektor (den Raumreflektor) geworfenen Strahlung im Wesentlichen homogen ist. Hierbei wurde von den Erfindern das aus der Veröffentlichung von Ries, H & Muschaweck, J.: „Tailored freeform optical surfaces“ in J. Opt. Soc. Am. A/ Vol. 19, No. 3/ March 2002 bekannte Konzept auf die aktuelle Problemstellung angewandt. Darin ist beschrieben, wie optische Freiformflächen, die im dreidimensionalen Raum eingebettet sind und keine Symmetrie aufweisen müssen, so gestaltet werden, dass sie die Strahlung einer gegebenen sehr kleinen Lichtquelle auf eine gegebene Referenzfläche umverteilen, um so eine vorgegebene Bestrahlungsstärkeverteilung auf dieser Fläche zu erreichen. Die Form der optischen Freiformfläche wird durch die Lösung einer Reihe partieller nichtlinearer Differentialgleichungen gefunden. In den meisten Fällen gibt es nur wenige topologisch unterschiedliche Lösungen, wenn geeignete Randbedingungen gegeben sind. Für den vorliegenden, etwas einfacheren Fall einer hochgradig homogenen Verteilung konnte festgestellt werden, dass im Regelfall sogar nur eine einzige Lösung für die dreidimensionale Ausgestaltung der Freiform existiert, je nachdem ob es sich um eine Linse oder einen Reflektor (hier sind verschiedene Reflexionsrichtungen möglich) handelt.
Mit anderen Worten, durch den Abstand der lichtemittierenden Fläche vom Reflektor, durch die Vorgabe einer kleinen Lichtquelleneinheit und durch die Vorgabe bzw. Festlegung der Geometrie und Position der zu bestrahlenden Fläche im Raum relativ zur lichtemittierenden Fläche und zum Reflektor und durch die Vorgabe einer homogenen Verteilung der Bestrahlungsstärke ist die Freiform praktisch eindeutig festgelegt, oder im Ausnahmefall von mehr als einer topologischen Lösung, zumindest aus einer Auswahl abzählbarer, sehr weniger Lösungen erhältlich. Die Freiform kann computergestützt ermittelt und dann hergestellt werden. Ein bekanntes Softwarewerkzeug für diese Zwecke ist beispielsweise durch „LightTools“ von Synopsis bereitgestellt.
Durch dieses zweite optische Element wird folglich eine sehr homogene Verteilung der Bestrahlungsstärke in jedem Querschnitt innerhalb der Luftsäule zwischen dem ersten Reflektor und dem zweiten Reflektor sichergestellt, welches die Systemeffizienz erheblich verbessert.
Durch die hier und in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung angeführten Ausführungsbeispielen können eine oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt werden: so geht beispielsweise nur sehr wenig Strahlung durch die Verwendung von Lichtquellen mit sehr geringer Etendue und den einander zugeordneten Aufbau der Reflektoren nur sehr wenig Strahlung als nicht nutzbar verloren. Ferner wird durch die Reflektoren die Wegstrecke und damit die Desinfektionseffizienz der Strahlung durch den Raum vergrößert. Durch die homogene Auslegung der Bestrahlung und die kontrollierbare Ausrichtung der Reflektoren können sog. blind spots, das heißt unzureichend bestrahlte Volumenbereiche oder Oberflächen mit der möglichen Folge der Bildung von Mikroorgansimen, wie aber auch gefährliche hot spots, das heißt lokal begrenzte Überdosen an UV-C-Strahlung, die dort eingreifende Personen übermäßig schädigen könnten, vermieden werden.
Die Sicherheit der gesamten Anlage wird durch die Absorption der Strahlung an Oberflächen mit definierten optischen Eigenschaften zumindest in einigen Ausführungsformen erhöht. Bei konventionellen Installationen spielen dagegen die (unkontrollierbaren) optischen Eigenschaften der Decken- und Wandfläche eine große Rolle in Bezug auf die Sicherheit des betreffenden Gerätes.
Durch geeignete Wahl von Drehrichtung (tilt) und Abstand des zweiten Reflektors vom ersten Reflektor bzw. der Sensoreinheit kann eine optimale Anpassung an die Gegebenheiten bzw. Geometrie des Raums erfolgen. Mit weiteren, dem zweiten Reflektor nachgeschalteten Reflektoren können Kaskaden (bis hin zur Sensoreinheit) eingerichtet werden, die eine optimale Raumabdeckung erzielen.
Bei dem hohen Wirkungsgrad des hier vorgestellten GUV-Geräts für obere Luftschichten (sogar auch mit den derzeitigen UV-C-LEDs mit an sich niedrigem Wirkungsgrad) schlägt auch ein geringer Stromverbrauch zu Buche. Ferner wird Maximierung des Reaktorvolumens bei minimaler lokaler Bestrahlung erzielt. Die Reflektoren legen außerdem ein klar abgegrenztes Strahlungsfeld fest. Die speziellen Ausgestaltungen der Sensoreinheit mit mehreren Photodioden oder Arrays erlauben eine zuverlässige Erkennung von Objekten im Strahlengang („Volumen“-Lichtschranke), welches auch zur Sicherheit in unteren Rauminstallationen beitragen kann. Alternativ ist auch der Einbau in gekapselten Anlagen möglich (AHU - air handling units, Lüftungsanlagen), die z.B. für Servicearbeiten regelmäßig geöffnet werden müssen. Die Verwendung von UV-C-LEDs ermöglicht ferner den Einsatz von mehr UV-C-Leistung im Vergleich zu herkömmlichen offenen UVC-Geräten, und sie sind sofort einschaltbar, besitzen eine geringere thermische Drift, werden mit niedrigerer Spannung versorgt, und können in rauen Umgebungsbedingungen (niedrige Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit) installiert werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Es zeigen:

1 in einem Diagramm die Wirkung einer optischen Vorrichtung zur Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum gemäß dem Stand der Technik;
2 in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel, die eine Fläche einer Raumdecke oberhalb einer Safe-Zone bestrahlt;
3 in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
4 in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
5 in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
6 in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
7 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht (auf die YZ-Ebene) eines vor der Lichtquelle angeordneten und als Taper ausgebildeten ersten optischen Elements, das gegenüberliegend eine lichtemittierende Fläche bereitstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht (z.B. auf die YZ- oder XZ-Ebene) eines vor der Lichtquelle angeordneten und als CPC ausgebildeten ersten optischen Elements, das für jeweils eine Einzellichtquelle ausgelegt ist, gemäß einem zu 7 alternativen Ausführungsbeispiel;
9 in schematischer Darstellung den Strahlengang in dem ersten optischen Element aus 8;
10 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht auf (z.B. die YZ-Ebene) eines vor der Lichtquelle angeordneten und als Linse ausgebildeten ersten optischen Elements, das für jeweils eine Einzellichtquelle ausgelegt ist, gemäß einem zu den 7 bis 9 alternativen Ausführungsbeispiel;
11 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht auf (z.B. die YZ-Ebene) ein vor der Lichtquelle angeordneten und innen transparenten und außen als Licht absorbierender Ring ausgebildeten optischen Elements, das für jeweils eine Einzellichtquelle ausgelegt ist, gemäß einem zu den 7 bis 10 alternativen Ausführungsbeispiel;
12 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf das erste optische Element aus 11 (XY-Ebene);
13 in schematischer Darstellung eine seitliche Querschnittsansicht (YZ-Ebene) auf ein als Freiformlinse ausgebildetes zweites optisches Element, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 in schematischer Darstellung eine seitliche Querschnittsansicht (YZ-Ebene) auf ein als TIR-Linse ausgebildetes zweites optisches Element, gemäß einem zu 13 alternativen Ausführungsbeispiel;
15 in schematischer Darstellung eine seitliche Querschnittsansicht (YZ-Ebene) auf ein als sphärische oder asphärische Linse ausgebildetes zweites optisches Element, gemäß einem zu 13 und 14 alternativen Ausführungsbeispiel;
16 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht auf (z.B. die YZ-Ebene) ein als Taper ausgebildetes zweites optisches Element, gemäß einem zu den 13 bis 15 alternativen Ausführungsbeispiel;
17 in perspektivischer Skizze ein spezielles Beispiel einer in einem Ausführungsbeispiel verwendeten Freiformlinse mit der in einer Schnittebene schematisch dargestellten Strahlung;
18 in schematischer Querschnittsansicht (links) und in perspektivischer Skizze (rechts) ein spezielles Beispiel eines in einem Ausführungsbeispiel verwendeten Freiformreflektors als zweites optisches Element mit jeweils der in einer Schnittebene schematisch dargestellten Strahlung;
19 in schematischer Querschnittsansicht (links) und in perspektivischer Skizze (rechts) ein spezielles Beispiel eines von einem zu 18 verschiedenen, in einem Ausführungsbeispiel verwendeten Freiformreflektors als zweites optisches Element mit jeweils der in einer Schnittebene schematisch dargestellten Strahlung;
20 in schematischer Querschnittsansicht (links) und in perspektivischer Skizze (rechts) ein spezielles Beispiel eines von einem zu 18 und 19 verschiedenen, in einem Ausführungsbeispiel verwendeten Freiformreflektors als zweites optisches Element mit jeweils der in einer Schnittebene schematisch dargestellten Strahlung;
21 in schematischer Querschnittsansicht ein spezielles Beispiel eines als Paraboloidspiegel ausgebideten ersten Reflektors, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
22 in schematischer Querschnittsansicht ein spezielles Beispiel eines als Fresnelparaboloid-Reflektor ausgebildeten ersten Reflektors, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
23 in perspektivischer Darstellung einen Überblick über ein Ausführungsbeispiel der optischen Vorrichtung, mit vergrößerten Ausschnitten einzelner Komponenten;
24 wie 23, aber mit in den Strahlengang eingedrungenen Objekten;
25 ein erstes Beispiel eines Strahlabsorbers in der optischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
26 ein zweites Beispiel eines Strahlabsorbers in der optischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
27 ein Installationsschema von mehreren einzelnen Zellen aufbauenden optischen Vorrichtungen in einem Raum.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung 10 gemäß einem Vergleichsbeispiel, die eine Fläche 915 (mit vorbestimmter Länge und Breite) einer Raumdecke 910 oberhalb einer Safe-Zone bestrahlt, die durch die strichpunktierte Linie 920 dargestellt ist (bzw. die Linie 920 stellt räumlich betrachtet deren obere Grenze dar). Damit eine aufrechtstehende Person sicher in der Safe-Zone aufgenommen ist, sollte die Höhe der Linie 920 wenigstens deren Länge übersteigen. Die optische Vorrichtung 100 gibt dabei ihre Strahlung 300 seitlich in einem ausgewählten Winkelbereich in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung mit einer vertikal nach oben gerichteten Komponente ab. Innerhalb des Kegels der Strahlung 300 beträgt die Bestrahlungsstärke teilweise mehr als 10µW/cm² bzw. 100 mW/m², welches als Minimalbedingung für eine ausreichende Keimabtötung in den darin befindlichen Luftschichten zu erachten ist. Ferner ist die optische Vorrichtung 10 in ihrem Aufbau und der räumlichen Anordnung so konfiguriert, dass die schräg über ihr liegende Fläche 915 mit einer dort homogenen Verteilung der Bestrahlungsstärke bestrahlt wird. Die 2 beschreibt ein in der nationalen deutschen Patentanmeldung DE 10 2021 212 448.8 vorgestelltes Konzept (noch nicht veröffentlicht), das z.B. auf eine homogene Bestrahlung der Raumdecke 910 und unterhalb zu ihr liegender paralleler Ebenen in Raum abstellt.
Die Raumdecke 910 bzw. die zu bestrahlende Fläche 915 kann idealisiert als Lambertscher Strahler mit einer Reflexivität R von 0,3 betrachtet werden. Rein beispielhaft kann die zu bestrahlende Fläche mit einer Länge und Breite von je 5 m vorgegeben werden. Die in diesem Bereich ebenso homogen von der Raumdecke 910 reflektierte Strahlung 950 sollte in der Safe-Zone eine Bestrahlungsstärke von nur 0.2 µW/cm² = 2 mW/m² oder weniger annehmen, um keine Schädigungen durch UV-Strahlung bei den sich in der Safe-Zone aufhaltenden Personen herbeizuführen. Mit diesen Annahmen kann für die Leistung der abgegebenen Strahlung eine zulässige obere Grenze von etwa 0,167 W bestimmt werden. D.h., es können bereits geringe Strahlungsleistungen eingesetzt werden und für die wirksame Desinfektion ausreichen. Die niedrigen, rein beispielhaft geschätzten Obergrenzen für die Strahlungsleistung sind kompatibel mit dem Einsatz und UV-LEDs, und insbesondere verfügbaren UV-C-LEDs.
Das Konzept homogener Bestrahlung von Ebenen oder sogar von Volumenbereichen im Raum wird auch in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung übernommen.
In 3 ist eine optische Vorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in sehr schematischer Darstellung gezeigt. Die optische Vorrichtung 10 umfasst eine Lichtquelleneinheit 1, einen ersten Reflektor 2, einen zweiten Reflektor 3, einen Sensorreflektor 4, eine Sensoreinheit 5 sowie einen Strahlabsorber 6. Ferner ist eine Steuereinheit 8 und optional eine Anzeigeeinheit 9 vorgesehen, die zusätzlich ein Audio- oder Videosignal an sich im Raum befindliche Personen etc. ausgeben kann.
Die Lichtquelleneinheit 1 emittiert eine Strahlung im oben angeführten UV-C-Wellenlängenbereich, wobei die Verteilung der Bestrahlungsstärke über den Winkelbereich von der Lichtquelleneinheit aus gesehen bereits so angepasst ist, dass, wenn sie auf den ersten Reflektor 2 trifft und von diesem wieder reflektiert wird, als Ziel die in dem reflektierten Strahlenbündel resultierende Bestrahlungsstärke darin im Wesentlichen durchweg möglichst homogen verteilt ist, d.h. innerhalb eines Querschnitts des Strahlenbündels als auch betrachtet in dessen Längsrichtung. Betrachtet über ein Sphärensegment mit der Lichtquelleneinheit als Mittelpunkt kann die Verteilung der Bestrahlungsstärke dabei durchaus auch inhomogen verteilt sein, um das Ziel zu erreichen. Insbesondere hängt dies von der dreidimensionalen Ausgestaltung der reflektierenden Oberfläche des ersten Reflektors sowie von dessen Position und Ausrichtung gegenüber der Lichtquelleneinheit ab. Die das Ziel erreichende Verteilung der Bestrahlungsstärke abhängig von der Winkelposition von der Lichtquelleneinheit aus betrachtet kann insbesondere durch eine Freiformlinse oder einen Freiformreflektor erreicht werden, die hier als Teil der Lichtquelleneinheit betrachtet werden und mit Bezug zu den 13 und 17 - 20 nachfolgend näher erläutert werden.
Die Lichtquelleneinheit befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel in oder sehr nahe dem Fokus bzw. Brennpunkt des ersten Reflektors 2, der als Paraboloidspiegel ausgebildet ist. Ferner emittiert die Lichtquelleneinheit ihre Strahlung, hier UV-C-Strahlung, z.B. mit Hilfe des in 3 nicht gezeigten Freiformreflektors bzw. der Freiformlinse in einem konusförmigen Raumwinkel (siehe in 3 die den Konus begrenzenden Strahlen 9100 und 9101 des Konus), der auf seiner gegenüberliegenden Seite vollständig von dem ersten Reflektor 2 begrenzt ist. Dadurch wird in diesem Ausführungsbeispiel die emittierte UV-C-Strahlung vollständig, d.h. nahezu verlustfrei, vom ersten Reflektor 2 empfangen und mit kollimierender Wirkung reflektiert, d.h., das in 3 durch die begrenzenden Strahlen 9110 und 9111 reflektierte Strahlenbündel umfasst im Wesentlichen parallel durch den Raum laufende UV-C-Strahlen. Der (erste) Abstand zwischen der Lichtquelleneinheit und dem ersten Reflektor 2 beträgt 1 m oder weniger, vorzugsweise 0,5 m oder weniger. Der erste Reflektor 2 ist rechteckförmig geschnitten und besitzt entsprechend Kantenlängen zwischen z.B. 200 und 1000 mm.
Das kollimierte Strahlenbündel (in 3 begrenzt durch Strahlen 9110 und 9111) trifft nach Durchlaufen eines im Vergleich zum ersten Abstand deutlich größeren zweiten Abstands zwischen dem ersten Reflektor 2 und einem zweiten Reflektor 3 eben auf jenen zweiten Reflektor 3. Der zweite Abstand kann z.B. von 4 m bis hin zu 40 m reichen, bevorzugt von 10 m bis 20 m. Das durch den Querschnitt des Strahlenbündels und dessen Länge (gleich dem zweiten Abstand) gebildete Volumen (Luftsäule) bildet eine abgegrenzte, festgelegte Desinfektionszone für die UV-C-Strahlung, mit im Wesentlichen homogener Bestrahlungsstärke innerhalb dieses Volumens, so dass zumindest darin schon keine Hot Spots und auch keine Blind Spots vorliegen.
Der zweite Reflektor 3 ist ein planer Flachspiegel und ist in diesem speziellen Ausführungsbeispiel gegenüber der Richtung des einfallenden Strahlenbündels um bis zu 10° geneigt („tilt“). Folglich wird das Strahlenbündel mit doppeltem Neigungswinkel in eine andere Richtung im Raum reflektiert, behält aber seine Form als Bündel kollimierter Strahlung mit homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke.
Im Ausführungsbeispiel wird das vom zweiten Reflektor 3 (Rückreflektor) reflektierte und in 3 durch die Strahlen 9120, 9121 begrenzte Strahlenbündel der Sensoreinheit 5 zugeführt, die räumlich vorzugsweise wieder in der Nähe der Lichtquelleneinheit eingerichtet ist, um die Anschlüsse, Leitungen, Steuerung und Leistungsversorgung der elektronischen Komponenten der Vorrichtung in einem Gehäuse oder an einer gemeinsamen Halterung zu zentralisieren.
Die Sensoreinheit befindet hier unweit des Fokus eines als Paraboloidspiegels ausgebildeten Sensorreflektors 4, so dass die gesamte durch den Raum laufende UV-C-Strahlung aufgefangen wird. Diese noch einmal reflektierte und fokussierte Strahlung (in 3 begrenzt durch Strahlen 9130, 9131) wird somit in Richtung auf die Sensoreinheit 5 gelenkt und von dieser erfasst, die aber nur einen geringen Querschnitt im Strahlengang einnimmt. Die von ihr nicht abgeblockte Strahlung fällt weiter auf den Strahlabsorber 6 (Strahlen 9140, 9141), der nachfolgend noch beispielhaft erläutert werden wird. Dort wird die Strahlung schließlich nahezu vollständig absorbiert, so dass eine Schädigung von Personen vermieden wird und die Sicherheit erhöht ist.
Es ist anzumerken, dass weitere Rückreflektoren bzw. zweite Reflektoren 3 in diesen und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen eingerichtet sein können, um den Weg, den die Strahlung nimmt, weiter zu verlängern und ein größeres Volumen für die Desinfektion zu überstreichen, bevor die Strahlung in den Strahlabsorber fällt.
Die Sensoreinheit 5 ist mit der Steuereinheit 8 verbunden und kann ihr die Pegelwerte der erfassten Strahlung melden (digital oder als analoges Strom- oder Spannungssignal). Die Steuereinheit 8 vergleicht die laufenden Pegelwerte mit vorgegebenen Schwellwerten, die einer Toleranz an Schwankungen entsprechen. Die Steuereinheit 8 ist auch mit der Lichtquelleinheit verbunden. Wird der Schwellwert unterschritten, welches der Annahme entspricht, dass sich ein Gegenstand, insbesondere ein menschliches Körperteil, im Strahlengang befindet, gibt die Steuereinheit ein Signal 90 aus, das der Lichtquelleinheit 1 zugeführt wird, die infolgedessen inaktiv geschaltet wird. Über die Anzeigeeinheit 9 kann optional mitgeteilt werden, dass der Desinfektionsschutz nunmehr inaktiv ist. Wird der Schwellwert wieder überschritten, so kann auch dies erfasst werden, und mit einem weiteren Signal 90 kann die Lichtquelleneinheit wieder aktiv geschaltet werden.
In den 4 bis 6 sind Ausführungsbeispiele mit zu dem ersten Ausführungsbeispiel der 3 alternativen Ausgestaltungen des allgemeinen Aufbaus gezeigt. Es werden lediglich Abweichungen beschrieben, um Wiederholungen zu vermeiden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel der 4 befindet sich die Lichtquelleneinheit 1 nicht im Fokus des ersten Reflektors 2 sondern ist diesem gegenüber asymmetrisch versetzt, um eine erste Richtung des Strahlenbündels (Randstrahlen 9110 und 9111) abweichend von einer Symmetrieachse 2001 (optische Achse) des ersten Reflektors 2 zu erzielen, die gerade in Richtung des entsprechend anders positionierten zweiten Reflektors 3 zeigt. Dieser ist dafür nicht oder zumindest deutlich weniger gegenüber der Symmetrieachse des ersten Reflektors geneigt.
Im dritten Ausführungsbeispiel der 5 befindet sich die Sensoreinheit 5 in unmittelbarer Nähe zur Lichtquelleneinheit 1, wobei im Vergleich zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen ein fokussierender Sensorreflektor 4 entfällt. Funktionell wird dieser ersetzt durch z.B. die Deckenfläche 910 des Raums, von welcher die vom zweiten Reflektor 3 reflektierte Strahlung (Strahlen 9120, 9121) diffus reflektiert wird (Strahlen 9190). Ein Teil der von der Deckenfläche reflektierten Strahlen wird dann von der Sensoreinheit 5 aufgefangen und erfasst. Mithin fungiert die Deckenfläche 910 als Sensorreflektor. Es gelten hierbei die oben mit Bezug auf die 2 aufgestellten Grundsätze, wonach die in der Safe Zone ankommende Strahlung nur noch eine Bestrahlungsstärke unterhalb eines Personen schädigenden Pegels aufweist. Ein Strahlabsorber 6 braucht in diesem dritten Ausführungsbeispiel daher auch nicht mehr eingerichtet zu sein.
Die 6 zeigt ein besonders bevorzugtes viertes Ausführungsbeispiel. Auch hier können die Lichtquelleneinheit 1 und die Sensoreinheit 5 räumlich sehr nahe aneinander positioniert werden. Zudem wird auch hier ein separater Sensorreflektor 4 eingespart. Der Sensorreflektor 4 ist nämlich in diesem Ausführungsbeispiel identisch mit dem ersten Reflektor 2. Ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 4) sind hier die Lichtquelleneinheit 1 und die Sensoreinheit 5 gegenüber der optischen Achse des ersten Reflektors 2 versetzt angeordnet, damit die Fokussierung (Strahlen 9130, 9131) des vorher kollimierten Strahlenbündels (Strahlen 9110, 9111) nicht wieder auf die Lichtquelleneinheit 1 selbst sondern auf die nahe positionierte Sensoreinheit 5 erfolgt. Mit diesem Aufbau wird ein hoher Grad an Integration erzielt, die Anzahl der Teile reduziert und es werden deutlich Kosten gespart.
In den 7 bis 22 sind Details und Beispiele der in den 3 bis 6 schematisch gezeigten Komponenten dargestellt. Die 7 bis 12 zeigen dabei Alternativen für ein als Primäroptik in der Lichtquelleneinheit 1 einsetzbares erstes optisches Element.
Mit dem Bezugszeichen 900 ist in den Figuren ein kartesisches Koordinatensystem mit Richtungen X, Y, Z bezeichnet. Die Z-Richtung bezeichnet dabei die Hauptabstrahlrichtung Z der lichtemittierenden Fläche 100, d.h. deren optische Achse, die senkrecht zu deren Oberfläche ist. Die lichtemittierende Fläche 100 legt eine Lichtquellenebene fest, die senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung Z liegt und dementsprechend durch eine erste Richtung X und eine zweite Richtung Y aufgespannt wird.
Die 7 zeigt eine gemäß einem Ausführungsbeispiel einsetzbare Lichtquelleneinheit 1 mit einer (oder mehreren) Lichtquelle(n) 150 und einem zugeordneten ersten optischen Element 161, das als ein sich im Querschnitt aufweitender stabförmiger Lichtleiter (Taper) ausgebildet ist. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kommen als Lichtquellen 150 rein beispielhaft UV-C-LEDs mit Wellenlängen des von ihnen emittierten Lichts im Bereich 260 - 280 nm, Abmessungen der LED-Chips im Bereich von 0.2 × 0.2 mm² bis 1.0 × 1.0 mm² und Leistungen im Bereich von 10 mW - 150 mW in Frage.
Der Lichtleiter kann aus festem Material gebildet sein, insbesondere aus einem UVbeständigen Glas (Quarzglas, Sol-Gel-Glas oder hohlraumbeschichtetes Aluminium). Andere Materialien, ggf. auch UV-beständige Kunststoffe hergestellt sein. Der Querschnitt in der XY-Ebene ist an die Geometrie der Lichtquelle 150 angepasst. Die der Lichtquelle 150 gegenüberliegende Oberfläche des ersten optischen Elements 161 kann die lichtemittierende Fläche ausbilden. Denkbar ist grundsätzlich auch, dass sich weitere optische Elemente anschließen (Kombination mehrerer optischer Elemente).
Die Abmessungen der lichtemittierenden Fläche 100 sollten gegenüber der Emitteroberfläche der Einzellichtquellen 154 so gewählt werden, dass die Etendue weitgehend erhalten bleibt. Für LEDs bedeutet dies im Allgemeinen, dass sich die Abmessung x_e des Emitters der Einzellichtquelle 154 und die Abmessung x_s der lichtemittierenden Fläche 100 jeweils in X-Richtung betrachtet wie folgt verhalten sollten: x_e ≤ x_s · sin((α + β)/2), und analog in y-Richtung: y_e ≤ y_s · sin((γ + δ)/2), wobei α, β, γ, δ die maximalen Abstrahlwinkel gegenüber der optischen Achse entsprechend in X- und Y-Richtung sind. Je enger der Abstrahlwinkel ist, desto größer kann durch den sich aufweitenden Taper (bzw. das erste optische Element 161) die lichtemittierende Fläche 100 ausgelegt sein.
Das als Primäroptik dienende erste optische Element 161 der 7 sowie auch entsprechende erste optische Elemente 162, 163, 164 gemäß den nachfolgend zu beschreibenden 8 bis 12 passen die von der Lichtquelle 150 bzw. den Einzellichtquellen 154 eines Arrays emittierte Strahlung an, um eine gemeinsame Strahlungsquelle auszubilden, die von einem nachfolgenden zu beschreibenden zweiten optischen Element der Lichtquelleneinheit 1, z.B. ein Freiformreflektor 1111-1113 oder eine Freiform- oder TIR-Linse 1101-1104 auch verarbeitet werden kann, so dass - wie beschrieben - möglichst die gesamte Strahlung erfasst wird und in vorbestimmter Verteilung der Bestrahlungsstärke auf den ersten Reflektor 2 abgegeben wird.
In den 8 bis 9 ist ein zu der 7 alternatives erstes optisches Element gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Lichtquelleneinheit 1 gezeigt. Es ist kompatibel mit einer einzelnen Lichtquelle 150 oder einer Anordnung mit einem Array von Einzellichtquellen 150 (nicht gezeigt). Jeder der Einzellichtquellen 150 kann dabei individuell ein eigenes optisches Element 162 zugeordnet sein, das als CPC (Compound-Parabolic-Concentrator, Beispiel einer nichtabbildenden Optik) ausgeführt ist. Diese ebenfalls als Lichtleiter oder auch als Tunnel ausgebildeten zweiten optischen Elemente 162 besitzen jeweils eine der Einzellichtquelle 150 zugewandte Lichteintrittsfläche, die der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegt, wie es am besten in 9 zu sehen ist, die den Weg der Strahlung 300 durch das optische Element 162 zeigt. Die Gesamtheit dieser Lichtaustrittsflächen (im Falle mehrerer CPCs) bildet die lichtemittierende Fläche 100. Die lichtemittierende Fläche 100 braucht mithin auch nicht unbedingt zusammenhängend ausgebildet zu sein. Vorzugsweise bilden die Lichtaustrittsflächen aber eine Lichtquellenebene aus. Der Weg der Strahlung 300 in 9 verdeutlicht noch einmal, wie durch eine Vergrößerung der Lichtaustrittsfläche gegenüber der Lichteintrittsfläche (durch einen Taper) der Abstrahlwinkel gegenüber 90° (unter Erhalt der Etendue) verkleinert werden kann.
In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtquelleneinheit 1 gezeigt. Hierbei ist ein der Lichtquelle 150 bzw. jeweils jeder Einzellichtquelle 154 gegenüberliegendes optisches Element 163 vorgesehen, das als Linse ausgebildet ist. Linsen könne insbesondere als individuelle Primäroptik für ein Array von Emittern (Einzellichtquellen 150, UV-LEDs, UV-C-LEDs) verwendet werden. Anhand der Linsen kann ebenfalls ein verringerter Abstrahlwinkel erzielt werden, wie dem Gang der Strahlung in 10 zu entnehmen ist. Die individuelle Lichtaustrittsfläche ist hierbei gekrümmt. Die aus der Vielzahl von einzelnen Linsen zusammengesetzte Fläche bildet allerdings im Ergebnis durch ihre Anordnung eine Ebene aus, die hierin als Lichtquellenebene bezeichnet wird. Liegt überhaupt nur eine einzige Linse als optisches Element 163 vor, so wird die Lichtquellenebene durch eine zur entsprechenden optischen Achse senkrechte Ebene festgelegt, die an der Lichtaustrittsfläche der Linse anliegt.
Anstelle der oben rein beispielhaft vorgestellten optischen Elemente 161, 162 und 163 können auch Vielzahlen einzelner lichtleitender Stäbe als optische Elemente dienen (nicht gezeigt).
In den 11 und 12 ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel einer optischen Vorrichtung eine Lichtquelleneinheit 1 mit einem optischen Element 164 dargestellt, das als ein Licht absorbierender Ring ausgebildet ist, der z.B. aus einem Metall wie Aluminium oder Stahl mit einem inneren Loch gebildet ist. Statt der Eigenschaft, Licht zu absorbieren, kann der Rand auch zur Innenseite hin reflektierend beschichtet sein, wobei die innere Randfläche ggf. konisch ausgebildet sein kann, um den Abstrahlwinkel zu verringern. Der Zweck des absorbierenden Rings besteht darin, die Winkel der austretenden Strahlung 300 an die gegenüber der Lichtquellenebene von Seiten des empfangenden zweiten optischen Elements bestehenden Anforderungen anzupassen. Es kann sich auch um ein absorbierendes Rechteckrohr handeln. Wie beschrieben können die optische Elemente 161, 162, 163 und/oder 164 auch kombiniert werden, z. B. Stäbe oder Linsen und absorbierende Ringe.
In den 13 bis 17 sind Beispiele für in der Lichtquelleneinheit 1 einsetzbare zweite optische Elemente in Form von Linsen 1101, 1102, 1103 (diffraktive Optiken) oder Tapers 1104 gezeigt, die jeweils der oder den Lichtquellen 150 bzw. der Primäroptik gegenüberliegen. Mit dem Bezugszeichen 1300 wird das kombinierte Element aus (Einzel-)lichtquelle 150 und erstem optischen Element 161-164 bezeichnet. Mit 9200 werden die von der Lichtquelle 150 bis in und durch die Optik jeweils propagierenden Strahlen bezeichnet. 13 zeigt beispielsweise in schematischer Weise eine Freiformlinse 1101, 14 zeigt eine TIR-Linse 1102 (total internal reflection), 15 eine sphärische oder asphärische Linse 1103 und 16 eine als Stab ausbildeten Lichtleiter 1104, dessen Querschnittsbreite sich mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle 150 vergrößert (Taper). Die zweiten optischen Elemente 1101 - 1104 dienen dazu, die Fernfeldwinkel der Lichtquelle 150 einzugrenzen. Unter dem Fernfeldwinkel ist derjenige Winkel zu verstehen, der in einem Abstand, der viel größer als die Austrittsfläche des jeweiligen optischen Elements ist - idealer Weise im Unendlichen - der einen dominanten Anteil der Strahlungsenergie enthält, z. B. mehr als 90%.
Im Fall der Freiformlinse 1101 besteht der besondere Vorteil, dass das an den ersten Reflektor 2 ausgegebene Strahlungsmuster (Verteilung der Bestrahlungsstärke über den Ausgangswinkel von der Lichtquellenebene aus) so ausgestaltet werden kann, dass die von dem ersten Reflektor reflektierte und kollimierte Strahlung (Strahlen 9110, 9111) die gewünschte Homogenität in dieser Hinsicht erlangt.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Freiformlinse 1101 ist in 17 gezeigt. Der zu bestrahlende erste Reflektor 2 besitzt Kantenlängen von 200 × 200 mm², wobei der (erste) Abstand zwischen dem zweiten optischen Element (Freiformlinse 1101) und dem zweiten Reflektor 75 mm beträgt. 17 zeigt nur die durch eine Schnittebene (wie in 13) propagierenden Strahlen in schematischer Weise. Das im Rahmen eines Ausführungsbeispiels der optischen Vorrichtung einsetzbare Beispiel der 17 ist der oben zitierten Veröffentlichung Ries, H & Muschaweck, J.: „Tailored freeform optical surfaces“ in J. Opt. Soc. Am. A/ Vol. 19, No. 3/ March 2002 entnommen. Die spezielle Freiformlinse 1101 besitzt eine Grundfläche (in Draufsicht in Z-Richtung) von ungefähr 2.6 × 2.6 mm² und kann die Strahlung eines Konus von 80° (gegenüber der optischen Achse, ausgehend von der Lichtemissionsfläche des LED-Chips (0.5 × 0.5 mm²)) aufnehmen. Der Abstand der Freiformlinse 1101 von der Lichtemissionsfläche beträgt 0,1 mm und die Dicke der Freiformlinse 1101 in der Mitte, d.h., entlang der optischen Achse, beträgt 0,9 mm.
Die 18 bis 20 zeigen Beispiele von gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung in der Lichtquelleneinheit 1 einsetzbaren Freiformreflektoren 1111, 1112, 1113 als zweites optisches Element. Links ist jeweils eine Schnittansicht gezeigt, rechts eine perspektivische Ansicht. Mit dem Bezugszeichen 1211 sind Punkte auf den Oberflächen beschrieben, sie stellen Stützpunkte der Freiform dar. Mit dem Bezugszeichen 9200 sind wieder die zum Freiformreflektor und wieder von diesem weg propagierenden Strahlen bezeichnet. Alle drei Beispiele können ebenfalls angepasst sein, einen ersten Reflektor 2 mit Kantenlängen von 200 × 200 mm², zu bestrahlen. Der Freiformreflektor 1111 (siehe 18) besitzt eine Grundfläche (in Projektion/Draufsicht) von 17 × 17 mm² und einen Abstand von 3 mm zur Lichtquellenebene. Als Reflektor kann er zudem deutlich mehr Strahlung aufsammeln als die o.g. Beispiel einer Freiformlinse: der Konuswinkel beträgt hier 89,9°. Der LED-Chip hat in diesem Beispiel eine Fläche von 1.0 × 1.0 mm² sowie eine Leistung von 1 W.
Im Beispiel der 19 ist der Freiformreflektor 1111 symmetrisch zur Z-Richtung bzw. optische Achse des LED-Chips. Im Beispiel der 19 ist der Freiformreflektor 1112 dagegen asymmetrisch ausgebildet und lenkt die Strahlung von der Lichtquelle 150 her um etwa 90° zum ersten Reflektor 2 um. Der Freiformreflektor 1112 besitzt eine Grundfläche projiziert in die XY-Ebene von ungefähr 5 × 10 mm² und sein Abstand von der Lichtquellenebene beträgt 3 mm in Z-Richtung. Der die aufgesammelte Strahlung bestimmende Konuswinkel beträgt hier nur 45°, so dass eine Vorab-Kollimation der vom LED-Chip emittierten Strahlung durch erste optische Elemente 161 - 164 wie in 7 bis 12 gezeigt wünschenswert ist.
Im Beispiel der 20 ist ein Freiformreflektor 1113 gezeigt, der dem Freiformreflektor 1111 aus der 18 nach Aufbau und Form ähnelt, jedoch Strahlung nur aus einem deutlich kleineren Konuswinkel von etwa 45° aufsammeln kann. Deshalb sind auch hier für eine Vorab-Kollimation der vom LED-Chip emittierten Strahlung erste optische Elemente 161 - 164 wie in 7 bis 12 gezeigt wünschenswert. Die Emissionsfläche des UV-C-LED-Chips beträgt hier rein beispielhaft 0.5 × 0.5 mm² bei 1 W Leistung.
Für die zweiten optischen Elemente insgesamt (Linsen und Reflektoren) wurden folgende bevorzugte geometrischen Zusammenhänge gefunden: die Abmessungen der Emissionsfläche des LED-Chips ist bevorzugt im Verhältnis zu den Abmessungen des ersten Reflektors kleiner als 1:50, insbesondere kleiner 1:100 sein. Bei einer Emissionsfläche von z.B. 1 × 1 mm liegen dann bevorzugte Abmessungen des ersten (Raum-)Reflektors bei 100 × 100 mm² oder mehr. Das Aspektverhältnis der Emissionsfläche des oder der mehreren LED-Chips sollte nahe bei 1 liegen, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2, besonders bevorzugt zwischen 0,8 und 1,2. Ferner ist der erste Reflektor in der Projektion entlang seiner optischen Achse vorzugsweise rechteckig.
Ferner beträgt für die Ausgestaltungen mit Freiformlinse (siehe die 13 und 17) der Abstand zwischen der Lichtquellenebene und der Freiformlinse der 0,5 mm oder weniger, vorzugsweise 0,25 mm oder weniger. Der Durchmesser der Freiformlinse sollte 25 mm oder weniger betragen, vorzugsweise 12,5 mm oder weniger. Ferner sollt der Abstand der Lichtquellenebene zum ersten Reflektor geringer sein als die Kantenlänge des ersten Reflektors, vorzugsweise die Hälfte oder weniger, weiter bevorzugt ein Drittel oder weniger der längeren Kantenlänge eines rechteckigen ersten Reflektors, oder im Falle eines Reflektors mit einer runden oder elliptischer Grundfläche entsprechend weniger als das Doppelte der großen Halbachse.
Für die Ausgestaltungen mit Freiformreflektor (siehe die 18 - 20) beträgt der Abstand zwischen der Lichtquellenebene und dem Freiformreflektor der Lichtquelleneinheit 5 mm oder weniger, vorzugsweise 2,5 mm oder weniger. Der Durchmesser des Freiformreflektors beträgt 75 mm oder weniger, vorzugsweise 40 mm oder weniger. Der Abstand der Lichtquellenebene zum ersten Reflektor sollte mehr als die Hälfte der größeren Kantenlänge des ersten Reflektors betragen, und geringer sein als das 1,5-fache der größeren Kantenlänge des ersten Reflektors, oder bei einem ersten Reflektor mit runder oder elliptischer Grundfläche entsprechend weniger als das Doppelte der große Halbachse.
Die 21 und 22 zeigen Ausführungsbeispiele unter Verwendung eines Paraboloidspiegels als ersten Reflektor 2 (20) bzw. eines Fresnel-strukturierten parabolischen Raumreflektors als ersten Reflektor 2. Das Bezugszeichen 9400 zeigt die von der Lichtquelleneinheit 1 emittierte Strahlung an, das Bezugszeichen 9500 das kollimierte, im Wesentlichen parallele Strahlenbündel, das von dem ersten Reflektor 2 reflektiert wird. In 22 zeigt das Bezugszeichen 2001 eine Vergrößerung der Spiegeloberfläche mit den Fresnel-Strukturen an, mit einfallenden Strahlen 9401 und reflektierten, parallelen Strahlen 9501, die das kollimierte Strahlenbündel 9500 zusammensetzen.
Der zweite Reflektor 3 (Rückreflektor) ist bevorzugt ein planer Spiegel mit geringer Verzerrung. In den meisten Ausführungsformen besitzt der vorzugsweise einen hohen Reflexionsgrad von über 70 %, vorzugsweise mehr als 80 %. um weiteres Volumen für die Desinfektion zu erschließen. Eine Ausnahme stellt die in 5 gezeigte Ausführungsform dar. Dort sollte das diffuse Streulicht 9190 in offenen Installationen begrenzt werden, um z. B. im Falle einer Oberluftinstallation die im Raum befindlichen Personen zu schützen. Die Begrenzung kann entweder durch eine Reduzierung der Strahlung der Lichtquelleneinheit, z.B. durch eine Begrenzung der der Lichtquelleneinheit zugeführten Leistung, oder mittels eines Rückreflektors mit geringem Reflexionsvermögen, um das auftretende und kaum zu kontrollierende Streulicht zu begrenzen.
In den 23 und 24 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Vorrichtung gezeigt. Die 23 zeigt dabei links (23(a)) einen Überblick über die optische Vorrichtung mit der Lichtquelleneinheit 1, dem ersten Reflektor 2, der die von der Lichtquelleneinheit 1 emittierte Strahlung empfängt und als kollimiertes Strahlenbündel 9500 reflektiert, dem zweiten Reflektor 3, der das Strahlenbündel 9500 empfängt und als reflektiertes Strahlenbündel 9600 zurückwirft, und dem mit dem ersten Reflektor 2 identischen Sensorreflektor 4. Das Ausführungsbeispiel entspricht der schematischen Darstellung einer optischen Vorrichtung 10 in 6. In der Mitte (23(b)) ist ein vergrößerter Ausschnitt mit der Lichtquelleneinheit 1 und dem ersten Reflektor 2 zu sehen. Bei dem ersten Reflektor 2 bzw. dem Sensorreflektor 4 handelt es sich um einen Fresnel-strukturierten Raum- und Sensorreflektor. Mit dem Bezugszeichen 5000 ist eine Sensorebene der Sensoreinheit 5 bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 9400 ist das von der Lichtquelleneinheit 1 ausgehende divergierend emittierte Strahlenbündel bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 9700 ist das Strahlenbündel zwischen dem Sensorreflektor 4 und der Sensorebene der Sensoreinheit 5 bezeichnet. Wie zu erkennen ist, befindet sich die Lichtquelleneinheit 1 näher am ersten Reflektor 2 und die Sensoreinheit 5 mit der Sensorebene 5000 befindet sich entlang der optischen Achse dahinter. Auf der rechten Seite in 23 ist die Anordnung aus Lichtquelleneinheit und Sensoreinheit noch einmal vergrößert dargestellt (siehe 23(c)). Auf der Fläche der Sensorebene 5000 ist ein grobes Muster der vom Sensorreflektor 4 in diese Ebene fokussierten Strahlung zu erkennen.
Die 24 zeigt den identischen Aufbau wie in 23, wobei jedoch rein schematisch ein zylindrisches Objekt 8001 sowie ein sphärisches Objekt 8002 in den Strahlengang zwischen dem 1. Reflektor 2 und dem 2. Reflektor 3 eingebracht sind. Besitzt die Sensoreinheit 5 in der Sensorebene 5000 eine höhere Auflösung, zum Beispiel durch einen Quadrantensensor oder eine größere Anzahl von Fotodioden, so kann eine in 24 c) illustrativ eingezeichnete Änderung der erfassten Strahlung verzeichnet werden, welches von der Steuereinheit (hier nicht gezeigt) ausgewertet werden kann. In jedem Fall kann durch die Abschaltung eine Reduktion der Leistung der in der Sensoreinheit 5 erfassten Strahlung verzeichnet werden. Bei höherer Auflösung kann die ungefähre Größe der Objekte bei der Auswertung des Musters berechnet werden. Es kann außerdem möglich sein, eine Position in der X- und Y-Richtung zu bestimmen. Im Fall der asymmetrischen Anordnung von Lichtquelleneinheit 1 und Sensoreinheit 5 in der optischen Vorrichtung 10 mit entsprechender Neigung des zweiten Reflektor 3 können für ein gegebenes Objekt sogar zwei Schatten festgestellt werden (einen im hinlaufenden Strahlenbündel 9500, einen im rücklaufenden Strahlenbündel 9600), aus deren Abstand auf die Entfernung des Objekts zur Sensoreinheit 5 rückgeschlossen werden kann.
In den 25 und 26 sind Beispiele für den Strahlabsorber 6 zu sehen. In 25 umfasst der Strahlabsorber 6 eine „W”-förmig gefaltete Struktur 6100, z.B. aus Blech. Die „W”-förmige Struktur ist aus einem Material mit niedrigem Reflexionsgrad für die schädliche UV-C-Strahlung, z. B. könnte sie entsprechend eloxiert sein. Idealerweise sollte die Struktur die Strahlung nicht in großen Winkeln streuen können. Die einfallende Strahlung 9000 wird in den Vertiefungen des „W“ mehrfach reflektiert und verliert dabei beträchtlich an Leistung, bis sie vollständig absorbiert ist.
In 26 das bloße Material bzw. die Struktur der 6 in ein Gehäuse des Strahlabsorbers 6 integriert. Die einfallende Strahlung 9000 durchläuft geeignet orientierte Lamellen 6300, wird dann an einer Spiegeloberfläche 6200 umgelenkt, um dann auf die Struktur 6100 zu fallen, so dass sie dort absorbiert wird. Der Strahlabsorber 6 kann in 23 hinter der Sensoreinheit 4 angebracht sein, etc., um an ihr vorbeilaufende Strahlung 9000 zu absorbieren.
Die 27 zeigt einen Raum mit mehreren Zellen 1000, 1001, 1002, 1003, 1004, in denen jeweils eine optische Vorrichtung eingerichtet ist. Die Lichtquelleneinheit 1, die Sensoreinheit 5 und der Strahlabsorber 6 sind im oberen Raumbereich jeweils nahe beieinander installiert. Erste Reflektoren befinden sich in den oberen Ecken der Zellen und reflektieren die von der Lichtquelleneinheit empfangene Strahlung vertikal nach unten auf den Boden des Raums bzw. der jeweiligen Zellen 1000, 1001, 1002, 1003, 1004 (Strahlenbündel 9199). Dort ist der zweite Reflektor 3 positioniert, der das Strahlenbündel auf gleichem Wege (siehe 6 oder 23) wieder zurückwirft, so dass die Strahlung von der Sensoreinheit 5 erfasst werden kann. Betritt eine Person 7001 eine Zelle (hier die Zelle 1002) so wird dies wie mit Bezug auf 24 beschrieben von einer Steuereinheit erfasst, welche die Leistung der Lichtquelleneinheit 1 solchermaßen reduziert, dass keine Schädigungen von Personen mehr zu erwarten sind, oder die Leistung ganz abschaltet. Betritt die Person 7001 eine Nachbarzelle, so kann die Steuereinheit der optischen Vorrichtung dieser Nachbarzelle ein Signal über den Kommunikationsweg 1900 senden, so dass unter der Vermutung, dass die Person 7001 die Zelle 1002 verlassen hat, die optische Vorrichtung 10 dieser Zelle wieder mit voller Desinfektionsleistung betrieben werden kann.
Alternativ zu der Reduktion der UV-Strahlung auf unterhalb eines Schwellwerts kann die optische Vorrichtung eine zweite Lichtquelleneinheit (nicht gezeigt) umfassen, die Strahlung im visuellen oder infraroten Wellenlängenbereich emittiert, wobei die Sensoreinheit 5 eingerichtet ist, zusätzlich die Strahlung der zweiten Lichtquelleneinheit zu erfassen. In dem Fall, dass die erste Lichtquelleneinheit infolge des Signals 90 inaktiv geschaltet wird, kann dann die zweite Lichtquelleneinheit aktiv geschaltet werden. Dadurch wird es möglich, die Bewegung der Person durch den Raum bzw. die Zellen weiter zu verfolgen.
Es ist anzumerken, dass die optische Vorrichtung weitere Merkmale aufweisen kann, die nicht im Einzelnen beschrieben sind, wie etwa Antriebselektronik, Kühlung, mechanische Komponenten zur Blockierung unerwünschter Strahlung, z. B. Streulicht, elektronische und/oder mechanische Einrichtungen zur Ausrichtung der Systemkomponenten (Lichtquelleneinheit, erster Reflektor, zweiter Reflektor, SensorReflektor, Sensoreinheit, Strahlabsorber), ein Ventilator zur Zwangskonvektion im Raum und/oder zur Kühlung der LED-Quelle(n), weitere Sensoren im Raum mit zugehörigen aktivierbaren Abschattungseinrichtungen, um die Sicherheit der im Raum anwesenden Personen zu gewährleisten, eine Heizung zur Vermeidung von Kondensation an den durch Feuchtigkeit beschädigten Teilen, Anzeigeleuchten, z. B. im sichtbaren Bereich, die aktiven Zone der Installation visualisiert und als Einstellhilfe dienen kann.
Ferner kann fluoreszierendes Material verwendet werden, um die aus dem hier hochgradig definierten Strahlungsweg austretende Strahlung sichtbar zu machen, und es können weitere Sensoren installiert werden, um die aus dem definierten Strahlengang austretende Strahlung zu messen. Das Signal solcher Sensoren kann zum Abschalten des Geräts verwendet werden. Das Signal kann auch verwendet werden, um anzuzeigen, dass eine Wartung des Geräts oder der externen Reflektoren (Reinigung) erforderlich ist. Für die genannte Kühlung der LEDs können kleine Kühlkörper verwendet werden. Für die Zwangskonvektion können Lüfter verwendet werden. Der Luftstrom aus der Zwangskonvektion kann genutzt werden, um die behandelte Luft aus der aktiven Zone in die Safe Zone zu befördern. Meist kann nur durch einen solchen Luftaustausch das gesamte Luftvolumen im Raum effektiv behandelt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE:

1: Lichtquelleneinheit
2: erster Reflektor
3: zweiter Reflektor
4: dritter Reflektor
5: Sensoreinheit
6: Strahlabsorber
7: Raumdecke als diffuser Reflektor
8: Steuereinheit
9: Anzeigeinheit
10: optische Vorrichtung
90: Signal
100: lichtemittierende Fläche der Lichtquelleneinheit 1 (Lichtaustrittsfläche des optischen Elements, falls vorhanden)
150: Lichtquelle
154: Einzellichtquelle (UV-LED, UV-C-LED)
161: erstes optisches Element (Lichtleiter, Stab, Taper)
162: erstes optisches Element (CPC)
163: erstes optisches Element (Linse)
164: erstes optisches Element (Licht absorbierender Ring)
300: Strahlung
900: kartesisches Koordinatensystem (X, Y, Z)
901: Abstand zu bestrahlende Fläche - Lichtquellenebene
915: zu bestrahlende Fläche
920: Safe-Zone (Obergrenze)
950: von Fläche 915 reflektierte Strahlung
1000-1004: Zellen
1010-1050: Linien gleicher lokaler Bestrahlungsstärke
1090: konventionelle optische Vorrichtung
1101: diffraktive Optik:
1102: diffraktive Optik: TIR-Linse
1103: diffraktive Optik: sphärische oder asphärische Linse
1104: diffraktive Optik: Lichtleiter (Stab, Taper)
1111: Freiformreflektor
1112: Freiformreflektor
1113: Freiformreflektor
1211: Stützpunkte
1300: kombiniertes Element aus Lichtquelle 150 und erstem optischen Element 161-164
1900: Kommunikationsweg
2001: Symmetrieachse (erster Reflektor)
5000: Sensorebene
6100: „W”-förmig gefaltete Struktur
6200: Spiegel, Spiegeloberfläche
6300: Lamellen, Lamellenvorhang
7001: Person
8001: zylindrisches Objekt
8002: sphärisches Objekt
9100, 9101: von Lichtquelleneinheit abgegebene Strahlung (Randstrahlen)
9110, 9111: von erstem Reflektor reflektierte Strahlung (Randstrahlen)
9120, 9121: von zweitem Reflektor reflektierte Strahlung (Randstrahlen)
9130, 9131: von erstem oder drittem Reflektor reflektierte und
9140, 9141: fokussierte Strahlung (Randstrahlen) auf Strahlabsorber gelenkte Strahlung
9190: diffuse reflektierte Strahlung (Raumdecke), wie 950
9199: Strahlenbündel
9200: von Sekundäroptik weg propagierende Strahlen
9400: divergierend emittiertes Strahlenbündel
9401: einfallenden Strahlen
9500: kollimiertes Strahlenbündel
9501: reflektierte, parallele Strahlen
9600: rücklaufendes Strahlenbündel
9700: Strahlenbündel zwischen dem Sensorreflektor 4 und der Sensorebene der Sensoreinheit 5
Z: Hauptabstrahlrichtung (lichtemittierende Fläche)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102021212448 [0051]

Claims

Optische Vorrichtung (10) für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum, umfassend: eine Lichtquelleneinheit (1; 120), umfassend eine Lichtquelle (150) und eine lichtemittierende Fläche (100), die eingerichtet ist, Strahlung (300; 9100, 9101) in einem UV-Wellenlängenbereich abzugeben, einen ersten Reflektor (2), der eingerichtet ist, in einem ersten Abstand von der Lichtquelleneinheit angeordnet zu werden und die von der Lichtquelleneinheit (120) abgegebene Strahlung (300; 9100, 9101) zu empfangen und mit kollimierender Wirkung und geringem Fernfeldwinkel in eine erste Richtung in den Raum zu reflektieren; einen zweiten Reflektor (3), der eingerichtet ist, in dem Raum in einem zweiten Abstand von dem ersten Reflektor (2) und an einer dem ersten Reflektor (2) gegenüberliegenden Position angeordnet zu werden und die von dem ersten Reflektor (2) reflektierte Strahlung (300) zu empfangen und in eine zweite Richtung derart zu reflektieren, dass eine Sensoreinheit (5), die von dem zweiten Reflektor (3) reflektierte Strahlung (9110, 9111) direkt oder mittelbar empfangen kann; die Sensoreinheit (5), die eingerichtet ist, die vom zweiten Reflektor (3) reflektierte Strahlung (9120, 9121) zu erfassen; und eine mit der Sensoreinheit (5) und der Lichtquelleneinheit (1) verbundene Steuereinheit (8), die eingerichtet ist, abhängig von der jeweils erfassten Strahlung ein Signal (90) auszugeben, das den Zustand der optischen Vorrichtung (10) oder eine Beeinträchtigung des Schutzes von Personen vor der abgegebenen und/oder reflektierten Strahlung (300, 9100 - 9120) wiedergibt.
Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Sensorreflektor (4), der die von dem zweiten Reflektor (3) reflektierte Strahlung (9120, 9121) empfängt und dazu eingerichtet ist, die empfangene Strahlung auf die Sensoreinheit (5) zu fokussieren, wobei der Sensorreflektor (4) (a) ein von dem ersten und zweiten Reflektor (2, 3) verschiedenes optisches Element ist, oder (b) identisch mit dem ersten Reflektor (2) ist, oder (c) identisch mit dem zweiten Reflektor (3) ist.
Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, ferner umfassend: einen Strahlabsorber (6), der die nicht von der Sensoreinheit erfasste und verwertete Strahlung (9130,9131) zumindest überwiegend absorbiert.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 3, wobei der zwischen der Lichtquelleneinheit (1) und dem ersten Reflektor (2) vorgesehene erste Abstand 1 m oder weniger beträgt, vorzugsweise 0,5 m oder weniger; und/oder der zwischen dem ersten Reflektor (2) und dem zweiten Reflektor (3) vorgesehene zweite Abstand nicht weniger als 4 m und nicht mehr als 40 m beträgt.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 4, wobei die Lichtquelle (150) eine oder mehrere Einzellichtquellen (154), insbesondere UV-LEDs, bevorzugt UV-C-LEDs umfasst.
Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Lichtquelleneinheit (120) ein erstes optisches Element (161, 163, 164) oder mehrere erste optische Elemente (162) als Primäroptik umfasst, das beziehungsweise die der einen oder den mehreren UV-LEDs zugeordnet ist beziehungsweise sind, wobei die lichtemittierende Fläche (100) durch das eine oder die mehreren ersten optischen Elemente (161, 162, 163, 164) ausgebildet wird.
Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Lichtquelleneinheit (1) ein zweites optische Element (1101 - 1104; 1111 - 1113) aufweist, das ausgebildet ist als: (a) ein Freiformreflektor (1111 - 1113), oder als (b) eine TIR-Linse (1102), eine sphärische oder asphärische Linse (1103), ein Lichtleiter (1104) oder eine Freiformlinse (1101), vorzugsweise mit der Eigenschaft, eine im Wesentlichen homogene Verteilung der Bestrahlungsstärke der von dem zweiten optischen Element auf die Fläche des ersten Reflektors (2) geworfenen Strahlung (300; 9100, 9101) zu erzielen.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 7, wobei der erste Reflektor (2) ein Paraboloidspiegel oder ein Fresnel-Reflektor mit Paraboloideigenschaften ist.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 8, wobei der erste Reflektor (2) im Fall einer in Draufsicht quadratischen oder Rechteckform eine Kantenlänge und im Fall einer in Draufsicht abgerundetem Form einen Durchmesser von 100 mm oder mehr, vorzugsweise 200 mm oder mehr besitzt.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 8, wobei der zweite Reflektor (3) ein im Wesentlichen planer Spiegel ist.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 8, wobei der zweite Reflektor (3) ein Paraboloidspiegel mit einer Fokallänge ist, die einem dritten Abstand zwischen dem zweiten Reflektor und der Sensoreinheit entspricht.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 1 bis 10, wobei die Sensoreinheit (5) umfasst: - eine einzelne oder mehrere Photodioden, - einen einzelnen oder mehrere thermische Sensoren, - einen Vierquadranten-Detektor aus Photodioden oder thermischen Sensoren, oder - einen bildgebenden Detektor.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Anspruche 3 oder 4 bis 10, soweit rückbezogen auf Anspruch 3, wobei der Strahlabsorber (6) umfasst: - eine Oberfläche mit einer UV-C-Strahlung absorbierenden Materialeigenschaft; und/oder - eine Oberfläche mit strukturierter Oberfläche (6100), durch welche UV-C-Strahlung durch Mehrfachreflexion in Strukturen abgeschwächt oder absorbiert wird.
Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 12, wobei der Strahlabsorber (6) ferner eine Vorrichtung mit Lamellenvorhang (6300) und Umlenkreflektor (6200) umfasst, wobei durch den Lamellenvorhang Strahlung mit vorgegebener Richtung in ein Inneres der Vorrichtung eingelassen werden und mit dem Umlenkreflektor die eingelassene Strahlung (9000) im Inneren auf die UV-C-Strahlung absorbierende Oberfläche oder die strukturierte Oberfläche (6100) gelenkt wird.
Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Steuereinheit (8) eingerichtet ist, abhängig von der Strahlung, die durch die Sensoreinheit (5) erfasst wird, die Lichtquelleneinheit (1) durch das ausgegebene Signal (90) wahlweise aktiv oder inaktiv zu schalten oder die von ihr zu emittierende Strahlung zumindest auf eine Bestrahlungsstärke in der vom ersten Reflektor reflektierten Strahlung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts einzustellen.
Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 15, wobei die Lichtquelleneinheit eine erste Lichtquelleneinheit ist; eine zweite Lichtquelleneinheit vorgesehen ist, die Strahlung im visuellen oder Infrarotbereich emittiert, wobei die Sensoreinheit (5) eingerichtet ist, zusätzlich die Strahlung der zweiten Lichtquelleneinheit zu erfassen; wobei in dem Fall, dass die erste Lichtquelleneinheit (1) inaktiv geschaltet wird, die zweite Lichtquelleneinheit aktiv geschaltet wird
Optische Anordnung umfassend wenigstens zwei der optischen Vorrichtungen (10) gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die Steuereinheiten (8) miteinander über einen Kommunikationsweg (1900) miteinander verbunden sind; wobei die Steuereinheit (8) einer ersten der optischen Vorrichtungen eingerichtet ist, das Signal (90) zusätzlich einer Steuereinheit (8) einer zweiten der optischen Vorrichtungen zuzuführen; wobei die Steuereinheit (8) der zweiten der optischen Vorrichtungen die ihr zugeordnete Lichtquelleneinheit (1) abhängig von dem ihr zugeführten Signal (90) wahlweise aktiv oder inaktiv schaltet.