DE4031302A1 - Beleuchtungsanordnung - Google Patents
BeleuchtungsanordnungInfo
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- F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
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Description
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung mit
einer optischen Einrichtung, die Licht von einer Licht
quelle in eine Vielzahl von Teilstrahlen zerlegt und
diese auf eine auszuleuchtende Fläche richtet, wobei
auf jede Teilfläche der Fläche mehrere Teilstrahlen
gerichtet sind und am Ausgang der optischen Einrichtung
einzelne Leuchtflächen wahrnehmbar sind.
Eine derartige Beleuchtungsanordnung ist aus CH 6 27 252 A
bekannt. Hier wird der Lichtstrahl einer Reflektorlampe
gegen eine Reflektoranordnung gerichtet, die eine Viel
zahl von Einzelreflektoren aufweist. Jeder Einzelreflek
tor ist so ausgestaltet, daß er die gesamte auszuleuch
tende Fläche ausleuchtet. Der Betrachter des Reflektors
sieht zwar in jedem Einzelreflektor das Abbild der Lampe,
die Lichtstärke jedes Abbildes beträgt jedoch nur noch
einen der Anzahl der Reflektoren entsprechenden Bruchteil
der Lichtstärke der Lampe. Durch die verminderte Licht
stärke, die der Betrachter in jedem einzelnen Abbild
wahrnimmt, soll eine Blendung vermieden werden.
Eine derartige Beleuchtungsanordnung hat sich bei der
Ausleuchtung von Räumen bis zu einer gewissen Größenord
nung bewährt. Eine Übertragung einer derartigen Beleuch
tungsanordnung auf größere Flächen, wie etwa Freiflächen
oder größere Hallen, ist bislang jedoch an der mangeln
den Fähigkeit der Beleuchtungsanordnung gescheitert,
genügend Licht für die Ausleuchtung zur Verfügung zu
stellen. In dem Augenblick, wo die Lichtstärke oder
die Leuchtdichte der Lichtquelle erhöht wird, was ohne
weiteres mit modernen Leuchtmitteln möglich ist, ver
schwindet der vorteilhafte Effekt der verringerten Licht
stärke des Abbildes der Lichtquelle im Reflektor. Es
tritt also wieder eine Blendwirkung auf.
Bei Beleuchtungsaufgaben sind grundsätzlich zwei Ent
fernungen von der Beleuchtungsanordnung zu unterschei
den. Zum einen gibt es die Entfernung, in der sich die
auszuleuchtende Fläche befindet. In dieser Entfernung
muß die Beleuchtungsanordnung genug Licht zur Verfügung
stellen, um eine gewünschte Helligkeit zu erreichen.
Die Helligkeit kann hierbei von mehreren Faktoren abhän
gig sein. Beispielsweise wird in einer Fertigungshalle,
in der visuell zu überwachende Produktionsprozesse ab
laufen, eine größere Helligkeit erforderlich sein als
auf einer großen Freifläche, wie etwa einem Parkplatz
oder einem Speditionshof. Zum anderen ist aber zu beach
ten, daß sich die Augen der Personen, die sich in dem
auszuleuchtenden Raum aufhalten, nicht immer in Höhe
der auszuleuchtenden Fläche befinden. Dies ist ohne
weiteres einleuchtend, wenn die auszuleuchtende Fläche
der Fußboden ist, da sich dann die Augen der Personen
etwa 1,5 bis 2 m näher an der Beleuchtungsanordnung
befinden. Kritischer wird diese Frage allerdings bei
Problemstellungen, in denen der gewöhnliche oder mögliche
Aufenthalt von Personen weit oberhalb der auszuleuchten
den Fläche angeordnet ist, beispielsweise, wenn die
Personen bewegliche Arbeitsbühnen benutzen oder sich
im Führerhaus eines oberhalb der auszuleuchtenden Fläche
angeordneten Kranes aufhalten müssen. Auch bei einem
Aufenthalt in einem Führerhaus eines Lastkraftwagens
befinden sich die Augen des Fahrers in der Regel ca.
3 m oberhalb der auszuleuchtenden Fläche. Bei der Lösung
derartiger Beleuchtungsaufgaben ist daher ein Betrach
tungsabstand zu ermitteln, d. h. ein Abstand, in dem
sich Betrachter gewöhnlich aufhalten. Betrachter sind
hierbei Personen, die absichtlich oder versehentlich
auf die Beleuchtungsanordnung blicken können, wobei
eine Blendwirkung dieser Betrachter vermieden werden
soll.
In der Beleuchtungstechnik ist man bemüht, einen Betrach
ter, der sich im auszuleuchtenden Bereich befindet,
vor Blendwirkung zu schützen. Gleichzeitig soll im auszu
leuchtenden Bereich eine ausreichende Helligkeit gegeben
sein. Eine Blendwirkung tritt immer dann auf, wenn Teile
der Beleuchtungsanordnung, wie Lichtquelle, Reflektoren
oder Halterungen, oder reflektierende Gegenstände, wie
metallische Teile, weiße Flächen oder ein nasser Bodenbe
lag, für einen Betrachter sehr viel heller erscheinen
als die Umgebung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuch
tungsanordnung anzugeben, mit der auch bei einer hohen
Beleuchtungsstärke eine Blendwirkung weitgehend vermie
den werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Beleuchtungsanordnung der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Leucht
flächen eine von einem Betrachtungsabstand abhängige
Maximalgröße nicht überschreiten und benachbarte Leucht
flächen einen vorbestimmten Mindestabstand zueinander
aufweisen, so daß sie im Betrachtungsabstand voneinander
unterscheidbar sind.
Bei der aus CH 6 27 252 A bekannten Anordnung ging man
davon aus, daß es zur Vermeidung einer Blendwirkung
ausreicht, die Lichtstärke des Abbildes der Lichtquelle,
also die Lichtstärke eines vom Betrachter wahrnehmbaren
Punkts bzw. der wahrnehmbaren Leuchtfläche, zu vermin
dern. Damit sind aber der Helligkeit in der auszuleuch
tenden Fläche Grenzen gesetzt. Es hat sich nun heraus
gestellt, daß man die Lichtstärke jedes einzelnen Punk
tes, d. h. jeder einzelnen Leuchtfläche, praktisch unbe
grenzt steigern kann, sofern man nur darauf achtet,
daß die Leuchtflächen eine vorbestimmte Größe nicht
überschreiten. Diese Größe ist vom Betrachtungsabstand
abhängig. Je größer der Betrachtungsabstand ist, desto
größer kann die Leuchtfläche gewählt werden. Als zweites
Kriterium kommt hinzu, daß benachbarte Leuchtflächen
einen vorbestimmten Mindestabstand zueinander aufweisen
müssen. Obwohl die physiologischen Vorgänge der Blendung
noch nicht abschließend geklärt sind, wird angenommen,
daß durch die Verringerung der Leuchtflächengröße auf
der Netzhaut des Auges des Betrachters nur noch eine
Sinneszelle angeregt wird. Ist die leuchtende Fläche
größer, werden mehrere Sinneszellen auf der Netzhaut
angeregt. In diesem Fall setzt eine unbewußt gesteuerte
Kontrastverstärkung ein, die entlang der Hell-Dunkel-
Grenze auf der Netzhaut auf der einen Seite die Sinnes
zellen hemmt und auf der anderen Seite verstärkt akti
viert. Bei normalen Umgebungsleuchtdichten führt diese
Kontrastverstärkung zu einer Erhöhung der Sehleistung,
bei sehr hohen Leuchtdichten allerdings zu einer Blen
dungsempfindung. Der Minimalabstand zwischen benachbar
ten Leuchtflächen ist durch die endliche Auflösungsfä
higkeit des menschlichen Auges bestimmt. Unterschreitet
der Abstand einen gewissen Mindestwert, kann das mensch
liche Auge die beiden Leuchtflächen nicht mehr unter
scheiden. Die beiden Leuchtflächen reizen dann zwar
für sich jeweils nur eine einzelne Sinneszelle auf der
Netzhaut, die beiden Sinneszellen sind jedoch benach
bart, so daß wieder die oben beschriebene Kontrastver
stärkung erfolgt. Der Mindestabstand zweier Leuchtflä
chen ist ebenfalls vom Betrachterabstand abhängig. Er
kann bei einem kleinen Betrachtungsabstand kleiner als
bei einem großen Betrachtungsabstand sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Maximal
größe der Leuchtfläche in Abhängigkeit von einem in
der Lichtquelle verwendeten Leuchtmittel gewählt. Es
wird vermutet, daß das Blendungsempfinden unter anderem
auch von der Farbe des Lichtes beeinflußt wird, die
durch das in der Lichtquelle verwendete Leuchtmittel
bestimmt ist.
Eine genaue Definierung ergibt sich bei einer bevorzug
ten Ausführungsform dadurch, daß jede Leuchtfläche eine
Größtabmessung D aufweist, die durch folgende Beziehung
definiert ist:
D = 2 · a · tan (x/2),
wobei a der Betrachtungsabstand in m ist und x in Winkel
minuten durch folgende Beziehung definiert ist:
x = (-1/g · ln ((K - B) / (K - 1)) - s,
wobei
0,5 ≦ g ≦ 0,9
6 ≦ K ≦ 9
1 ≦ B ≦ 6
0 ≦ s ≦ 0,3
6 ≦ K ≦ 9
1 ≦ B ≦ 6
0 ≦ s ≦ 0,3
Die Größen g, K und s sind dabei von dem verwendeten
Leuchtmittel abhängig. Beispielsweise liegt für Halogen
g in der Größenordnung von 0,5 bis 0,7, K in der Größen
ordnung von 8 bis 9 und s in der Größenordnung von 0,01
bis 0,03. Für Natriumdampf-Hochdruck als Leuchtmittel
ist K kleiner und s größer, für Quecksilberdampf-Hoch
druck als Leuchtmittel ist g größer, K kleiner und s
kleiner als für Halogen. Genaue Werte für die einzelnen
Leuchtmittel lassen sich beispielsweise durch einfache
Versuche, in denen die Blendwirkung bei verschiedenen
Testpersonen ermittelt wird, leicht feststellen.
Dabei ist bevorzugt, daß B in Abhängigkeit von dem im
Betrachtungsabstand zumutbaren Blendungsempfinden ge
wählt ist. Je kleiner B gewählt wird, desto kleiner
ist das subjektive Blendungsempfinden. Bei B=1 ist
die Blendung unmerklich, bei B=6 ist sie an der oberen
Grenze des Erträglichen, ohne daß die Blendung jedoch
unzumutbar wäre.
Das Blendungsempfinden ist eine subjektiv zu bewertende
Größe. Es hängt von einer Reihe von Faktoren ab, unter
anderem vom Alter und vom Allgemeinzustand des Betrach
ters. Müdigkeit und Konsum von Alkohol erhöhen beispiels
weise bei ansonsten unveränderten Bedingungen das Gefühl,
geblendet zu werden. Bei B=6 kann ein Teil aus einer
größeren Gruppe von Betrachtern durchaus das Empfinden
einer leichten Blendung haben, insbesondere, wenn zu
dieser Gruppe auch ältere Menschen gehören oder damit
zu rechnen ist, daß die Betrachter in der Regel ermüdet
sind, wenn sie die Beleuchtungsanordnung betrachten.
In diesem Fall wird man einen Blendungsindex von B = 5
oder kleiner wählen. Bei B = 4 wird praktisch kein Be
trachter mehr von einer Blendung sprechen.
Bevorzugterweise ist der Mindestabstand b zwischen be
nachbarten Leuchtflächen durch die Beziehung definiert,
b = 2 · a · tan (y/2),
wobei a der Betrachtungsabstand in m und y ≧10 Winkel
minuten ist. Bei dieser Dimensionierung ist sicher
gestellt, daß benachbarte Leuchtflächen für den Betrach
ter unterscheidbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die optische
Einrichtung eine Reflektoranordnung mit einer Vielzahl
von verstellbaren Reflektoren auf. Die Anzahl der Reflek
toren kann hierbei durchaus mehrere Hundert betragen.
Dadurch ist sichergestellt, daß eine Vielzahl von nicht
blendenden Leuchtflächen erzeugt werden kann, die den
noch in der auszuleuchtenden Fläche eine ausreichende
Helligkeit hervorrufen. Durch die Verstellbarkeit der
Reflektoren ist eine hohe Flexibilität gegeben, so daß
die gleiche Reflektoranordnung für eine Vielzahl von
Beleuchtungsaufgaben eingesetzt werden kann. Zudem ist
die Fertigung der Reflektoranordnung einfacher, da der
Abstand benachbarter Leuchtflächen am Ort der Aufstel
lung eingestellt werden kann. Aufwendige Ausrichtungen
einer Vielzahl von Reflektoren während der Fertigung
entfallen.
Hierbei ist bevorzugt daß die Reflektoren gruppenweise
verstellbar sind. Der Abstand einzelner Leuchtflächen
läßt sich bei kleineren Gruppen noch mit vertretbarem
Aufwand dadurch einstellen, daß die Reflektoren einer
Gruppe eine vorbestimmte Ausrichtung zueinander haben.
Durch die gruppenweise Verstellung vereinfacht sich
dann der Einstellaufwand am Aufstellungsort.
Hierbei ist es bevorzugt, daß eine Gruppe von gemeinsam
verstellbaren Reflektoren auf einem gemeinsamen Träger
angeordnet ist, wobei eine Vielzahl von Trägern in einem
Rahmen angeordnet ist und jeder Träger im Rahmen ver
stellbar ist. Durch die Ausrichtung des Rahmens läßt
sich eine Grundeinstellung erreichen, etwa in der Art,
daß das Licht aus der Lichtquelle auf die auszuleuchten
de Fläche gerichtet wird. Die Einstellung der einzelnen
Leuchtflächen erfolgt dann durch die Verstellung der
einzelnen Träger im Rahmen, wodurch die einzelnen Grup
pen von Reflektoren verstellt werden.
Dabei ist von Vorteil, daß die Träger im Rahmen in zwei
Richtungen verschwenkbar sind. Damit lassen sich die
Reflektoren so einstellen, daß die auszuleuchtende Flä
che, je nach Wunsch, gleichmäßig oder mit Schwerpunkten
ausgeleuchtet werden kann.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Schwenkachsen im wesent
lichen in der Mitte der Träger verlaufen. Die Reflekto
ren behalten dadurch auch nach der Verschwenkung im
wesentlichen die gleiche Entfernung zur Lichtquelle.
Es ist praktisch nicht notwendig, die durch die Neigung
verursachten unterschiedlichen Entfernungen einzelner
Reflektoren zur Lichtquelle durch andere Maßnahmen zu
kompensieren.
Vorteilhafterweise weist ein Träger vier bis acht Reflek
toren auf. Eine Gruppe mit vier bis acht Reflektoren
läßt sich noch relativ einfach so konstruieren, daß
ein Betrachter benachbarte Lichtflächen deutlich unter
scheiden kann. Dies ist zwar bei größeren Reflektorgrup
pen ebenfalls möglich, in jedem Fall aber mit einem
höheren Konstruktionsaufwand verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reflekto
ren kalottenförmig ausgebildet. Hierbei nimmt ein Be
trachter das virtuelle Spiegelbild der Lichtquelle auf
jeder Kalotte als leuchtende Fläche wahr. Die leuchten
de Fläche auf dem Reflektor ist dabei gegenüber der
leuchtenden Fläche der Lichtquelle stark verkleinert.
Durch diese Maßnahme lassen sich relativ kleine Leucht
flächengrößen und relativ große Leuchtflächenabstände
erzielen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist
die Lichtquelle eine Mehrzahl von Strahlern auf. Die
Strahler werfen ihr Licht in nur eine Richtung. Wenn
diese Richtung nicht auf die auszuleuchtende Fläche
zielt, also nicht einen im Betrachtungsabstand befind
lichen Betrachter trifft, besteht keine Gefahr einer
Blendung durch direkte Strahlung. Die Mehrzahl von Strah
lern erzeugt auf der Reflektoranordnung auch eine Mehr
zahl von Lichtflächen. Jede Lichtfläche trägt zur Erhö
hung der Helligkeit der auszuleuchtenden Fläche bei.
Die einzelnen Lichtflächen können aber klein genug gehal
ten werden, um eine Blendwirkung zu vermeiden.
Dabei ist bevorzugt, daß die Strahler mit Abstand zuein
ander angeordnet sind. Der Abstand, den die Strahler
zueinander aufweisen, findet sich auf der Reflektoranord
nung wieder. Die virtuellen Spiegelbilder der einzelnen
Strahler haben dann den gewünschten minimalen Abstand
voneinander.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die
optische Einrichtung eine Linsenanordnung auf. Die Auf
teilung des Lichtstrahls aus der Lichtquelle in mehrere
einzelne Lichtflächen läßt sich nicht nur mit Reflekto
ren erreichen, sondern auch mit einer geeigneten Anord
nung von Linsen, die, je nach Bedarf, das Licht streuen
oder bündeln.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Linsenanordnung Einzel
linsen aufweist, deren optische Achsen einzeln oder
gruppenweise verstellbar sind. Auch hier läßt sich vor
teilhafterweise erreichen, daß man mit einem relativ
geringen Entwicklungs- und Fertigungsaufwand eine große
Vielzahl von Beleuchtungsaufgaben lösen kann.
Mit Vorteil weist die Lichtquelle eine Leuchtdichte
von mehr als 100 000 cd/m2 auf. Mit Leuchtdichten, die
in dieser Größenordnung beginnen, läßt sich eine relativ
große Helligkeit in der auszuleuchtenden Fläche erzie
len. Die Leuchtdichte läßt sich praktisch unbegrenzt
steigern. Versuche haben ergeben, daß auch bei einer
Leuchtdichte von 15 000 000 cd/m2 keine nennenswerte
oder unangenehme Blendwirkung auftritt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Beleuchtungs
anordnung,
Fig. 2 ein Schema zur Erläuterung der Leuchtflächen
größe,
Fig. 3 ein Schema zur Erläuterung des Leuchtflächen
abstandes,
Fig. 4 eine Reflektoranordnung,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Reflektoranordnung
nach Fig. 4,
Fig. 6 einen Schnitt 6-6 nach Fig. 5,
Fig. 7 einen Schnitt 7-7 nach Fig. 5 und
Fig. 8 eine weitere Beleuchtungsanordnung.
Eine Beleuchtungsanordnung 1 weist eine Lichtquelle
2 auf, die an einem Mast 3 befestigt ist. Die Lichtquel
le 2 weist eine große Anzahl von Strahlern 4 auf, von
denen drei Strahler schematisch dargestellt sind. Die
Strahler sind dabei auf einer Plattform 5 angeordnet.
Die von ihnen erzeugten Lichtstrahlen 6 sind in diesem
Fall senkrecht nach oben gerichtet, d. h. in etwa parallel
zum Mast. Oberhalb der Plattform 5 ist eine Reflektoran
ordnung 7 am Mast befestigt. Die Reflektoranordnung
ist so groß, daß sie die von der Lichtquelle 2 ausgesand
ten Lichtstrahlen 6 vollständig auffängt. Allenfalls
die Strahler 4 am Rand der Plattform 5 können einen
sehr kleinen Teil ihres Lichtstrahls 6 an der Reflektor
anordnung 7 vorbeileiten.
Die Reflektoranordnung weist eine Vielzahl von Einzel
reflektoren 8 auf, die kalottenförmig ausgebildet sind.
Dargestellt sind sechzehn Einzelreflektoren, die in
eine Anordnung von vier mal vier angeordnet sind. In
Wirklichkeit weist die Reflektoranordnung mehrere hun
dert, z. B. 400, Einzelreflektoren auf. Durch die Kalot
tenform des Einzelreflektors wird das virtuelle Spiegel
bild der Strahler 4 auf dem Einzelreflektor 8 verklei
nert. Ein in einem Betrachtungsabstand a befindlicher
Betrachter nimmt das virtuelle Spiegelbild als Leucht
fläche wahr. Da der Betrachter gleichzeitig mehrere
Einzelreflektoren 8 sieht, nimmt er eine entsprechende
Anzahl von Leuchtflächen 9, 10 wahr. Dies bedeutet aber
auch, daß auf den Punkt, an dem sich der Betrachter
befindet, eine Vielzahl von Lichtstrahlen gerichtet
sind, so daß sich an diesem Punkt bzw. an der auszuleuch
tenden Fläche eine ausreichende Helligkeit ergibt.
Die Einzelreflektoren 8 sind so ausgestaltet, daß die
Leuchtflächen 9, 10 eine vorbestimmte Größe nicht über
schreiten. Jede Leuchtfläche 9, 10 ist hierbei durch
ihre Größtabmessung D begrenzt. Die Größtabmessung D
ist die größte Ausdehnung der Leuchtfläche. Im einfach
sten Fall einer kreisförmigen Leuchtfläche entspricht
die Größtabmessung D dem Durchmesser der Leuchtfläche.
Die Größtabmessung D wird nun in Abhängigkeit von dem
Betrachtungsabstand a durch folgende Beziehung bestimmt:
D = 2 · a · tan (x/2).
Hierbei ist a der Betrachtungsabstand in m, x in der
Dimension Bogenminuten ergibt sich zu
x = (-1/g · ln (K - B)/(K - 1)) - s.
Hierbei sind die Größen g, K und s abhängig von dem
in der Lichtquelle 2 verwendeten Leuchtmittel. Allgemein
läßt sich sagen, daß
0,5 ≦ g ≦ 0,9
6 ≦ K ≦ 9
1 ≦ B ≦ 6
0 ≦ s ≦ 0,3
6 ≦ K ≦ 9
1 ≦ B ≦ 6
0 ≦ s ≦ 0,3
Der Wert B wird hierbei in Abhängigkeit von dem subjek
tiven Blendungsempfinden eines Betrachters im Betrach
tungsabstand a gewählt. Beispielsweise entspricht der
Wert B = 1 einer unmerklichen Blendung, während B = 6
an der oberen Grenze des Erträglichen ist. Die Wahl
des Faktors B ist unter anderem abhängig von Anforderun
gen an die Sicherheit. Für Fälle, in denen ein Licht
empfinden an der oberen Grenze des Zumutbaren zu einer
Gefährdung führen wurde, muß der Faktor B im Bereich
von 1 bis 4 liegen. In anderen Fällen, in denen ein
für den Betrachter als ausgesprochen hell empfundenes
Licht noch zulässig ist, das jedoch noch nicht direkt
zu einer Blendung führt, kann B durchaus auch den Wert 6
haben. Man wird hier vorsichtshalber aber den Wert
B=5 wählen, wenn damit zu rechnen ist, daß einzelne
Betrachter empfindlicher reagieren. Es sei darauf hin
gewiesen, daß auch bei einem Wert von B=6 die Blendung
für den Betrachter noch nicht unzumutbar ist.
Die Faktoren g, K und s sind abhängig vom verwendeten
Leuchtmittel. So wurde zum Beispiel für eine Halogen-Lam
pe als Leuchtmittel die Werte g=0,58, K=8,42 und
s=0,02 ermittelt. Für Natriumdampf-Hochdruck ist der
Wert für K kleiner, für s größer. Für Quecksilberdampf-
Hochdruck ist der Wert für g größer. Für K liegt er
zwischen den Werten für Halogen und Natiumdampf-Hoch
druck. Der Wert für s ist kleiner als der Wert für die
beiden erstgenannten Leuchtmittel.
Die Leuchtflächengröße ist so gewählt, daß der Betrach
ter zwar eine Vielzahl von sehr hell leuchtenden Flächen
wahrnimmt, diese aber als funkelnd empfindet. Der Reflek
tor stellt sich beim Betrachten wie ein sehr klarer
nächtlicher Himmel dar, auf dem die Sternendichte sehr
hoch ist. Die Leuchtflächengröße ist aber nicht das
einzige Kriterium für die Blendfreiheit. Der Abstand
von benachbarten Leuchtflächen muß auch so gewählt sein,
daß das Auge des Betrachters die benachbarten Leucht
flächen noch unterscheiden kann und nicht zu einer ein
zelnen Leuchtfläche zusammenzieht. Um die Unterscheid
barkeit zu gewährleisten, kann der Betrachtungsabstand
beispielsweise nach folgender Beziehung definiert werden:
b = 2·a·tan (y/2),
wobei a der Betrachtungsabstand in m und y größer oder
gleich 10 Bogenminuten ist.
Fig. 3 verdeutlicht diesen Zusammenhang. Ein im Betrach
tungsabstand a befindlicher Betrachter, also ein Betrach
ter, der sich in einer Betrachtungsebene 11 aufhält,
kann zwei benachbarte Leuchflächen 9, 10 dann unterschei
den, wenn der Raumwinkel y größer als 10 Bogenminuten
ist.
Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Leucht
flächen 9, 10 umso größer sein können, je größer der
Betrachtungsabstand a ist. Andererseits muß aber auch
der Abstand b zwischen benachbarten Leuchtflächen 9,
10 mit zunehmendem Betrachtungsabstand a immer größer
werden.
Die Lichtquelle hat eine Leuchtdichte von mehr als
100 000 cd/m2. Die Lichtdichte kann durchaus auch Werte
von 15 000 000 cd/m2 annehmen. In diesem Fall nimmt
der Betrachter zwar sehr hell leuchtende Leuchtflächen
wahr. Trotz der hohen Lichtintensität dieser Leuchtflä
chen führen die Leuchtflächen nicht zu einer Blendung,
solange die vorbestimmte maximale Leuchtflächengröße
nicht über- und der minimale Leuchtflächenabstand nicht
unterschritten werden.
Auch bei einer indirekten Blendung, etwa bei nassem
Fußboden, durch Metall- oder Glasteile oder durch helle
Flächen, wie Papier oder Markierungen, kann eine Blendung
auftreten. An diesen reflektierenden Flächen kann der
Betrachter allenfalls ein Spiegelbild der Reflektoranord
nung mit einer Vielzahl von hell leuchtenden Punkten
wahrnehmen. Da diese hell leuchtenden Punkte aber auch
nach der Spiegelung den gleichen, in der Reflektoranord
nung erzeugten Abstand voneinander aufweisen, ist hier
eine Blendung nicht zu befürchten. Dies macht die Be
leuchtungsanordnung für eine Vielzahl von Einsatzzwecken
geeignet, beispielsweise auch auf dem Vorfeld von Bahn
höfen, wo aufgrund der metallischen Gleise sonst die
Gefahr einer indirekten Blendung durch Reflexion an
den Gleisen besteht. Auch ist der Einsatz an großen
Freiflächen möglich, die bei Nässe ebenfalls stark spie
geln. Eine indirekte Blendung durch nassen Boden, bei
spielsweise nassen Asphaltbelag, ist genauso wenig mög
lich wie eine direkte Blendung durch Betrachtung der
Reflektoranordnung 7. Die Größe der Leuchtflächen 9,
10 läßt sich einerseits durch die Kalottenform, anderer
seits aber auch durch die Entfernung der Strahler 4
von der Reflektoranordnung 7 beeinflussen. Je weiter
die Strahler 4 von der Reflektoranordnung 7 entfernt
sind, desto kleiner werden die virtuellen Spiegelbilder
der Strahler 4 auf den Einzelreflektoren 8. Ein begren
zender Faktor hierbei ist, daß die Strahler nicht so
tief angeordnet werden dürfen, daß ein Betrachter ver
sehentlich direkt in sie hineinblicken kann. Eine Blen
dungswirkung kann hierbei jedoch durch geeignete Ab
schirmmaßnahmen bzw. durch ein weitgehend paralleles
Ausrichten der Lichtstrahlen 6 von den Strahlen 4 vermie
den werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich,
hohe Leuchtdichten zu erzielen, ohne hohe Masten zur
Beleuchtung der auszuleuchtenden Fläche verwenden zu
müssen. Hohe Masten sind in einigen Bereichen, beispiels
weise in Gebäuden oder in Tunneln oder auch auf dem
Vorfeld eines Flughafens, nicht verwendbar.
Fig. 4 zeigt eine Reflektoranordnung 7 mit 64 Einzel
reflektoren 8. Auch diese Darstellung ist lediglich
schematisch. Wie oben ausgeführt, hat die Reflektoranord
nung 7 mehrere hundert Einzelreflektoren 8. Die Einzel
reflektoren 8 sind in Gruppen zu vier Einzelreflektoren
zusammengefaßt. Jede Gruppe ist auf einem Träger 12
angeordnet. Die Träger 12 wiederum sind in einem Rahmen
13 angeordnet, der am Mast 3 befestigt ist.
Jeder Träger 12 ist in einem Hilfsrahmen mit Hilfe von
Drehzapfen drehbar gelagert. Die Drehzapfen 15 sind
dabei im wesentlichen in der Mitte des Trägers angeord
net. Im dargestellen Ausführungsbeispiel ist jeder Trä
ger 12 um eine vertikale Achse gegenüber dem Hilfsrahmen
14 verschwenkbar. Der Hilfsrahmen 14 weist horizontal
angeordnete Drehzapfen 16 auf, um die die Hilfsrahmen
14 im Rahmen 13 verschwenkbar ist. Die Drehzapfen 16
bilden eine Achse, die ebenfalls im wesentlichen in
der Mitte des Trägers 12 verläuft und die durch die
Drehzapfen 15 gebildete Achse unter einem Winkel von
etwa 90° schneidet. Der Träger 12 ist also gegenüber
dem Rahmen 13 in zwei verschiedene Richtungen verschwenk
bar. Dadurch, daß die Schwenkachsen etwa in der Mitte
des Trägers verlaufen, ändert sich bei einem Verschwen
ken des Trägers 12 die Entfernung gegenüber der Licht
quelle 2 nur unwesentlich. Die Entfernungsänderung ist
so gering, daß Maßnahmen zur Kompensierung eines dadurch
möglichen Fehlers praktisch unterbleiben können.
Die Einzelreflektoren 8 auf einem Träger 12 können iden
tisch ausgebildet sein. Ebenso können alle Träger die
gleichen Reflektoren aufweisen. Bei der Fertigung muß
lediglich darauf geachtet werden, daß die vier virtuel
len Spiegelbilder der Lichtquelle 2, d. h. die auf den
vier Einzelreflektoren 8 entstehenden vier Leuchtflä
chen, die maximale Größe nicht über- und den minimalen
Abstand nicht unterschreiten. Die weitere Einstellung,
d. h. das Ausrichten der anderen Reflektoren 8, die nicht
auf dem gleichen Träger 12 angeordnet sind, kann erfol
gen, sobald die Reflektoranordnung 7 auf dem Mast instal
liert ist. Beispielsweise kann die Reflektoranordnung
7 dann so ausgerichtet sein, daß ein an einem Punkt
befindlicher Betrachter Leuchtflächen 9, 10 nur auf
jedem zweiten oder dritten Träger 12 wahrnehmen kann.
Die Beleuchtungsanordnung läßt sich aber nicht nur mit
Hilfe von Reflektoren als optische Einrichtung realisie
ren, die das Licht zurückwerfen, sondern auch mit einer
Linsenanordnung, die das Licht einer Lichtquelle 102
durchlassen und dabei streuen. Eine derartige Anordnung
ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Die Lichtquelle
102 leuchtet auf eine erste Linse 40, die das empfangene
Licht streut und an Linsen 41, 42, 43 einer zweiten
Linsenebene weiterleitet. Die Linsen 41 bis 43 der zwei
ten Linsenebene streuen das empfangene Licht wiederum
und leiten es an Linsen 44, 45, 46, 47 einer dritten
Linsenebene weiter. Der Übersicht halber sind die Linsen
40 bis 47 jeweils nur durch einen einzelnen Lichtstrahl
miteinander verbunden. In Wirklichkeit handelt es sich
natürlich nicht um einen punktförmigen Strahl, sondern
um einen Strahl mit einer endlichen räumlichen Ausdeh
nung. Die Form der Linsen 40 bis 47 kann sich der Fach
mann leicht selbst ermitteln, wenn er berücksichtigt,
daß am Ausgang der Linsen 44 bis 47 nur solche Leucht
flächen entstehen dürfen, die eine vorbestimmte Größe
nicht überschreiten, dafür aber einen vorbestimmten
Mindestabstand voneinander einhalten. Auch können weite
re Linsenebenen verwendet werden.
Um die Einstellbarkeit zu vereinfachen, kann vorgesehen
sein, daß die optischen Achsen der Linsen einzeln oder
gruppenweise verstellbar sind. Beispielsweise können
die Linsen 44, 45 bzw. 46 und 47 gemeinsam verstellt
werden. Eine derartige Anordnung mit Streu- und/oder
Sammellinsen bietet sich immer dann an, wenn die Licht
quelle bei einer Reflektoranordnung in einem Bereich
angeordnet sein müßte, der von den Betrachtern benötigt
wird. In diesem Fall kann die Lichtquelle 102 oberhalb
der Linsenanordnung 40 bis 47 angeordnet sein. Eine
Gefährdung des durch eine sehr heiße oder direkt blen
dende Lichtquelle im Gefahrenbereich entfällt.
Claims (18)
1. Beleuchtungsanordnung mit einer optischen Einrich
tung, die Licht von einer Lichtquelle in eine Viel
zahl von Teilstrahlen zerlegt und diese auf eine
auszuleuchtende Fläche richtet, wobei auf jede Teil
fläche der Fläche mehrere Teilstrahlen gerichtet
sind und am Ausgang der optischen Einrichtung ein
zelne Leuchtflächen wahrnehmbar sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leuchtflächen (9, 10) eine von
einem Betrachtungsabstand (a) abhängige Maximalgröße
(D) nicht überschreiten und benachbarte Leuchtflächen
(9, 10) einen vorbestimmten Mindestabstand (b) zuein
ander aufweisen, so daß sie im Betrachtungsabstand
(a) unterscheidbar sind.
2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Maximalgröße (D) der Leuchtflächen
(9, 10) in Abhängigkeit von einem in der Lichtquelle
(2, 102) verwendeten Leuchtmittel gewählt ist.
3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Leuchtfläche eine Größtab
messung (D) aufweist, die durch folgende Beziehung
definiert ist:
D = 2 · a · tan (x/2),wobei a der Betrachtungsabstand in m und
x = (-1/g · ln (K - B)/(K - 1)) - sist, wobei x in Bogenminuten angegeben wird und0,5 ≦ g ≦ 0,9
6 ≦ K ≦ 9
1 ≦ B ≦ 6
0 ≦ s ≦ 0,3
x = (-1/g · ln (K - B)/(K - 1)) - sist, wobei x in Bogenminuten angegeben wird und0,5 ≦ g ≦ 0,9
6 ≦ K ≦ 9
1 ≦ B ≦ 6
0 ≦ s ≦ 0,3
4. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß B in Abhängigkeit von dem im Betrach
tungsabstand (a) zumutbaren Blendungsempfinden ge
wählt ist.
5. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß B≦5, insbesondere B≦4 ist.
6. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mindestabstand
(b) zwischen benachbarten Leuchtflächen (9, 10) durch
die Beziehung definiert ist:
b = 2 · a · tan (y/2),wobei a der Betrachtungsabstand in m und y≦10 Bogen
minuten ist.
7. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische
Einrichtung eine Reflektoranordnung (7) mit einer
Vielzahl von verstellbaren Reflektoren (8) aufweist.
8. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Reflektoren (8) gruppenweise
verstellbar sind.
9. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Gruppe von gemeinsam verstell
baren Reflektoren (8) auf einem gemeinsamen Träger
(12) angeordnet sind, wobei eine Vielzahl von Trägern
(12) in einem Rahmen (13) angeordnet ist und jeder
Träger (12) im Rahmen (13) verstellbar ist.
10. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Träger (12) im Rahmen (13)
in zwei Richtungen verschwenkbar sind.
11. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (15, 16) im
wesentlichen in der Mitte der Träger (12) verlaufen.
12. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 9
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (12)
vier bis acht Reflektoren (8) aufweist.
13. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 7
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren
(8) kalottenförmig ausgebildet sind.
14. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle
(2) eine Mehrzahl von Strahlern (4) aufweist.
15. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strahler (4) mit Abstand
zueinander angeordnet sind.
16. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die optische
Einrichtung eine Linsenanordnung (40-47) aufweist.
17. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung Einzellinsen
(40-47) aufweist, deren optische Achsen einzeln
oder gruppenweise verstellbar sind.
18. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle
(2, 102) eine Leuchtdichte von mehr als 100 000 cd/m2
aufweist.
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