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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Beleuchtungsapparat und spezieller
einen Beleuchtungsapparat mit hoher Effizienz, um zu erlauben, daß ein vorgeschriebenes
Muster effizient gebildet wird, selbst wenn eine Größe einer
Lichtquelle zu groß ist,
um als eine Punktquelle betrachtet zu werden.
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BESCHREIBUNG
DES TECHNOLOGISCHEN HINTERGRUNDS
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Herkömmliche
Beleuchtungsapparate wurden wie folgt gebildet.
- (a)
Von einem Filament, das in der Nähe
eines Fokus eines Paraboloiden angeordnet ist, emittiertes Licht
erstreckt sich in alle Richtungen und wird an dem Paraboloiden reflektiert,
um parallele Strahlen zu bilden. Die parallelen Strahlen werden durch
eine Vorderlinse zu einem gewünschten Lichtverteilungsmuster
gebildet (siehe z.B. japanische Patentoffenlegungsschriften Nr.
2002-50212 und 2002-50213).
- (b) Von einem Filament emittiertes Licht wird durch einen Multioberflächenspiegel
zu einem gewünschten
Lichtverteilungsmuster gebildet und wird dann nach vorne projiziert.
Eine Vorderlinse dient nur als eine Abdeckung. Der Multioberflächenspiegel
beinhaltet Komponenten, die jeweils eine Größe und eine winkelmäßige Anordnung aufweisen,
die derart bestimmt ist, daß die
Komponente das von dem Filament eintretende Licht in eine vorgeschriebene
Richtung reflektiert und die Kombination der Komponenten in einem gewünschten
Lichtverteilungsmuster resultiert (siehe die oben aufgelisteten
Patentbeschreibungen).
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Ein
gewünschtes
Lichtverteilungsmuster wurde, solche Beleuchtungsapparate verwendend, effizient
erhalten.
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Aus
der
US 4 530 040 ist
ein Beleuchtungsapparat bekannt, der eine Lichtquelle, eine Fresnel-Linse
und einen parabolischen Reflektor aufweist. Die Lichtquelle kann
entlang der Hauptachse des parabolischen Reflektors in einer Weise
bewegbar positioniert werden, die die selektive Platzierung der
Lichtquelle an einem gemeinsamen Fokuspunkt oder an einer von dem
gemeinsamen Fokuspunkt beabstandeten Stelle erlaubt. Dadurch wird
die Plazierung der Lichtquelle relativ zu dem parabolischen Reflektor
und relativ zu der Fresnel-Linse variiert.
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In
der
EP 09 764 786
A2 ist ein Beleuchtungsapparat offenbart, der ein Reflektionssystem und
ein Projektionssystem hat. Das Projektionssystem besteht aus einem
Reflektor und einer projizierenden Linse.
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In
der
DE 196 32 189
A1 ist ein Beleuchtungsapparat offenbart, der einen Reflektor
und ein lichtnutzendes Element aufweist, das kreisförmig eine
Lichtquelle umgibt.
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Vor
kurzem waren Hochleistungs-LEDs (lichtemittierende Dioden) kommerziell
erhältlich,
um eine Lichtquelle mit einer extrem hohen Leuchtkraft bereitzustellen.
Solch eine Hochleistungs-LED
ist von großer
Größe und mit
einer herkömmlichen
Lichtverteilungsstruktur eines Beleuchtungsapparats, bei der eine
Lichtquelle als eine Punktquelle betrachtet wird, kann eine große Menge
der Lichtemission von dieser nicht vollständig ge nutzt werden. Deshalb
ist die Effizienz zwangsläufig
reduziert.
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Speziell
wenn das Reduzieren der Größe des Beleuchtungsapparats
verfolgt wird, ist es wahrscheinlicher, daß durch eine erhöhte Unordnung
der Lichtverteilung verursachte Effizienzreduktion herbeigeführt wird.
Eine Lichtquelle ist zum Beispiel in der Nähe eines Fokus eines reflektierenden
Spiegels eines Beleuchtungsapparats angeordnet. Wenn der reflektierende
Spiegel mit seiner Brennweite reduziert in der Größe reduziert
wird, strahlt zum Beispiel das Licht von einer von dem Fokus des
Filaments versetzten Stelle nicht wie beabsichtigt aus, was in Unordnung
der Lichtverteilung und reduzierter Effizienz resultiert. Selbst
falls die Lichtquelle von derselben Größe ist, steigert mit anderen
Worten Miniaturisierung den Einfluß der Verschiebung an der von dem
Fokus der Lichtquelle versetzten Stelle und den Anstieg der Unordnung
der Lichtverteilung. Deshalb kann die nützliche Hochleistungs-LED nicht
effizient genutzt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beleuchtungsapparat
bereitzustellen, der geeignet ist, eine ausreichend hohe Effizienz
für jede
Lichtquelle einschließlich
einer Lichtquelle großer
Größe zu haben.
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Die
Aufgabe wird durch einen Beleuchtungsapparat gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Wenn
die Lichtquelle zu groß ist,
um als ein Punkt betrachtet zu werden, kann mit dieser Konfiguration
das nach vorne projizierende Mittel das von der Lichtquelle nach
vorne gerichtete Licht empfangen, um es nach vorne zu projizieren.
Ferner kann unter den von der Lichtquelle emittierten und ausgebreiteten
Lichtstrahlen der auf den reflektierenden Spiegel projizierte Lichtstrahl
durch den reflektierenden Spiegel nach vorne reflektiert werden.
Als ein Ergebnis kann das Lichtverteilungsmuster durch zwei Lichtverteilungsmechanismen
des nach vorne projizierenden Mittels und des reflektierenden Spiegels
gebildet werden und der Freiheitsgrad beim Bilden eines Lichtverteilungsmusters
ist erhöht.
Deshalb kann die Unordnung eines Lichtverteilungsmusters verhindert werden
und hohe Effizienz kann sichergestellt werden.
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Falls
Licht existiert, das zwischen dem nach vorne projizierenden Mittel
und dem reflektierenden Spiegel hindurchtritt, divergiert Licht,
das keinen von ihnen erreicht, und trägt zu einer breiten Beleuchtung des
nahegelegenen Bereichs bei. Üblicherweise
sind die beiden oben beschriebenen Lichtverteilungsmechanismen derart
angeordnet, daß kein
Licht in einer solchen wie oben beschriebenen Weise hindurchtritt. Wenn
das nach vorne projizierende Mittel von einem reflektierenden Spiegel
oder ähnlichem
gebildet ist, wird ferner selbst das Licht, das in die Reichweite
des nach vorne projizierenden Mittels reicht, nicht reflektiert
oder gebrochen, sondern nach vorne projiziert während es sich in einer geraden
Linie von der Lichtquelle weiter ausbreitet und in der Nähe der Mittelachse
divergiert.
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Die
Lichtquelle kann ein Filament oder ein LED-Chip sein. Die Lichtquelle
kann eine beliebige Größe haben.
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Der
reflektierende Spiegel kann ein parabolischer Spiegel sein und die
Lichtquelle kann auf einem Fokus des parabolischen Spiegels angeordnet sein.
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Selbst
wenn zum Beispiel die Konfiguration des nach vorne projizierenden
Mittels variiert wird, wird mit dieser Konfiguration, falls der
Abstand zwischen der Lichtquelle und dem nach vorne projizierenden
Mittel variiert wird, das von der Lichtquelle an dem parabolischen
Spiegel ankommende Licht mit einer guten Richtcharakteristik als
parallele Strahlen parallel zu der optischen Achse nach vorne projiziert. Selbst
falls der Beleuchtungsbereich voraus durch einen Betrieb des Variierens
der Position des nach vorne projizierenden Mittels oder ähnliches
expandiert wird, kann deshalb die Beleuchtungsstärke in dem Zentralbereich voraus
immer auf einem gewissen Pegel oder darüber gehalten werden.
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Das
nach vorne projizierende Mittel kann eine Fresnel-Linse sein, die
eine auf einer der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite angeordnete
gestufte Oberfläche
aufweist. Ein transparentes Luftsperrmittel kann vor der Fresnel-Linse
bereitgestellt sein, um zu verhindern, daß die Fresnel-Linse der Luft
ausgesetzt ist.
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Bei
der oben beschriebenen Konfiguration ist die Fresnel-Linse eine
konvexe Linse und kann bei Anordnung der Lichtquelle an ihrem Brennpunkt
parallele Strahlen nach vorne projizieren. In der Fresnel-Linse
ist die Oberfläche
der konvexen Linse mit ringförmigen
Stufen versehen. Deshalb weist die Fresnel-Linse zwischen dem Ring
und dem benachbarten inneren Ring eine freiliegende Stufenoberfläche auf.
Als ein Ergebnis weist die gestufte Oberfläche der Fresnel-Linse solch
eine konvexe Linsenoberfläche
auf, die mit einigen Niveaus radial verjüngt ist. Falls Stäube oder ähnliches
auf der Ecke des Niveaus abgeschieden werden, werden sie schwerlich entfernt.
Deshalb ist herkömmlich
die gestufte Oberfläche
während
der Benutzung der Fresnel-Linse üblicherweise
nicht nach vorne gerichtet und ist derart angeordnet, daß sie in
Richtung der Lichtquelle gewandt ist, wobei Stäube schwerlich anhaften.
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Wenn
die gestufte Oberfläche
derart angeordnet ist, daß sie
in Richtung der Lichtquelle gewandt ist, wird auch die freiliegende
Stufenoberfläche
mit Licht von der Lichtquelle beleuchtet. Die freiliegende Stufenoberfläche ist
eine Oberfläche,
die auf einer Oberfläche
einer konvexen Linse nicht existieren würde und bei dem optischen System
irrelevant ist. Deshalb ist das auf die freiliegende Stufenoberfläche aufgebrachte
Licht ineffektives Licht, bei dem keine parallelen Strahlen nach
vorne projiziert werden. Dies ist ein Hauptfaktor der Effizienzreduktion
beim Nachvorneprojizieren von Licht unter Verwendung der Fresnel-Linse.
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Durch
Anordnen der gestuften Oberfläche, so
daß sie
auf der der Lichtquelle entgegengesetzten Seite nach vorne gewandt
ist und durch Anordnen des transparenten Luftsperrmittels, um zu
verhindern, daß die
gestufte Oberfläche
Außenluft
ausgesetzt ist, kann, wie oben beschrieben, hohe Effizienz sichergestellt
werden und Abscheiden von Stäuben und ähnlichem
kann verhindert werden.
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Das
nach vorne projizierende Mittel kann ein reflektierender Spiegel
kleinen Durchmessers sein, der eine kleinere Apertur als jene des
reflektierenden Spiegels hat.
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Bei
dieser Konfiguration, die zwei – einen großen und
einen kleinen – reflektierende
Spiegel verwendet, kann der reflektierende Spiegel kleinen Durchmessers
das Licht in der Mitte der Lichtquelle nach vorne projizieren und
der sie umgebende reflektierende Spiegel kann all die Lichtstrahlen
des verblei benden Lichts, die seine reflektierende Oberfläche erreichen,
nach vorne projizieren. Ferner divergiert das Licht, das keinen
von ihnen erreicht, und trägt
zu einer breiten Beleuchtung des nahen umgebenden Bereichs bei.
Unter den Lichtstrahlen, die in die Reichweite des reflektierenden
Spiegels kleinen Durchmessers reichen, werden die Strahlen in der Nähe der Mittenachse
nicht durch den reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers reflektiert
und divergieren wie sie sind von der Lichtquelle, um nach vorne
projiziert zu werden. Der reflektierende Spiegel und der reflektierende
Spiegel kleinen Durchmessers weisen beide jeweils eine Apertur auf,
die zum Beispiel als der mittlere Durchmesser an dessen vorderem
Ende bestimmt werden kann.
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Es
kann ein Abstandsvariationsmittel bereitgestellt sein, das einen
Abstand zwischen dem nach vorne projizierenden Mittel und der Lichtquelle
variieren kann.
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Mit
dieser Konfiguration kann die Menge des von der Lichtquelle aus
das nach vorne projizierende Mittel erreichenden Lichts variiert
werden. Deshalb kann ein Lichtverteilungsmuster geändert werden, während die
Lichtintensität
in dem vorderen Mittenbereich erhalten bleibt. Zusätzlich kann
die Effizienz ebenfalls geändert
werden.
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Das
Abstandsvariationsmittel kann ein Schraubmechanismus sein, der zwischen
einem Lichtquellenbefestigungsbauteil, das die Lichtquelle befestigt,
und einem Befestigungsbauteil des nach vorne projizierenden Mittels,
das das nach vorne projizierende Mittel befestigt, vorgesehen ist.
Mit dieser Konfiguration kann das Abstandsvariationsmittel einfach
gebildet werden.
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Eine
LED (lichtemittierende Diode) kann als die Lichtquelle verwendet
werden. Bei dieser Konfiguration kann, die Langlebigkeit von LED
verwendend, ein langlebiger Beleuchtungsapparat erhalten werden.
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen betrachtet deutlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen Beleuchtungsapparat in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
den Beleuchtungsapparat aus 1 mit einem
nach vorne versetzten reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers.
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3 zeigt
den Beleuchtungsapparat von 2 mit einem
reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers weiter nach vorne versetzt.
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4 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m vor dem Beleuchtungsapparat
von 1.
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5 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m vor dem Beleuchtungsapparat
von 2.
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6 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m vor dem Beleuchtungsapparat
von 3.
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7 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m vor einem Beleuchtungsapparat
als ein erstes Vergleichsbeispiel.
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8 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m vor einem Beleuchtungsapparat mit
einer Lichtquelle 5 mm in einer seitlichen Richtung versetzt als
ein zweites Vergleichsbeispiel.
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9 zeigt
einen Mechanismus zum Bewegen des reflektierenden Spiegels kleinen
Durchmessers bei dem Beleuchtungsapparat in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt
einen Beleuchtungsapparat in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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11 zeigt
einen Beleuchtungsapparat als ein drittes Vergleichsbeispiel.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Figuren
beschrieben.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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In 1 ist
eine LED-Vorrichtung 5 mit einem LED-Chip 6 versehen,
der als eine Lichtquelle dient, um eine Hochleistungslichtemission
zu erlauben. Dieser LED-Chip weist einen Oberflächenemissionsabschnitt von
1,0 mm × 1,0
mm auf, von dem Licht emittiert wird. Vor dem LED-Chip 6 ist
ein reflektierender Spiegel 2 kleinen Durchmessers, der
eine verjüngte
rohr förmige
Form aufweist, an einer Position eines Abstands d1 angeordnet. Ein
reflektierender Spiegel 4, der eine größere Apertur als jene des reflektierenden
Spiegels 2 kleinen Durchmessers aufweist, ist derart angeordnet,
daß er
den LED-Chip 6 und den reflektierenden Spiegel 2 kleinen
Durchmessers umgibt. Anders als ein Filament emittiert der LED-Chip
Licht nicht isotrop. Mit anderen Worten emittiert er Licht nicht
nach hinten, sondern emittiert Licht in einen Bereich vor einer
Ebene, die eine Substratoberfläche
des LED-Chips beinhaltet. Der reflektierende Spiegel 4 ist
ein rotationsparabolischer Spiegel und sein Fokus ist mit dem LED-Chip
abgestimmt.
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Licht
F1, das von dem LED-Chip 6 in einem kleinen Neigungswinkel
bezüglich
der optischen Achse emittiert wird, tritt in den reflektierenden
Spiegel 2 kleinen Durchmessers ein und tritt so wie es
ist durch den reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers hindurch,
ohne die reflektierende Oberfläche
zu erreichen. Deshalb divergiert das Licht F1 zum Beispiel in einer
Position 10 m voraus weit. Licht F2, das bezüglich der optischen Achse in
einem größeren Neigungswinkel
als dem des Lichtes F1 emittiert wird, wird an der reflektierenden
Oberfläche
des reflektierenden Spiegels 2 kleinen Durchmessers reflektiert und
wird in dem Neigungswinkel nahe dem von F1 nach vorne projiziert.
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Licht
F3, das von dem LED-Chip 6 in einem Neigungswinkel emittiert
wird, der größer als
der des Lichts F2 ist, tritt außerhalb
der Reichweite des reflektierenden Spiegels kleinen Durchmessers
hindurch und wird auf der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Spiegels 4 reflektiert,
um parallele Strahlen parallel zu der optischen Achse zu bilden, so
daß es
nach vorne projiziert wird. Dieser Teil von Licht F3 dient als Licht,
das den Mittenbereich zum Beispiel an einer Position 10 m voraus
beleuchtet.
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Bei
der Anordnung von 1, bei der der reflektierende
Spiegel kleinen Durchmessers nahe der Lichtquelle ist, ist der Anteil
von Licht F1, das durch den reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers hindurchtritt
so wie es ist, und von Licht F2, das an dem reflektierenden Spiegel
kleinen Durchmesser reflektiert wird, hoch. Zusätzlich wird das an dem reflektierenden
Spiegel kleinen Durchmessers reflektierte Licht in einem großen Neigungswinkel
bezüglich
der optischen Achse nach vorne projiziert. Deshalb wird bei der
Anordnung von 1 Licht sehr breit verteilt.
Wegen dem oben beschriebenen Licht F3 kann jedoch die Beleuchtungsstärke in dem
Mittenbereich zum Beispiel in der Position 10 m voraus ausreichend
erhalten werden.
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2 illustriert
eine Lichtverteilungscharakteristik in dem Fall, in dem der reflektierende
Spiegel 2 kleinen Durchmessers in einem Abstand d2, der größer als
der Abstand d1 in 1 ist, von dem LED-Chip 6 weg
beabstandet angeordnet ist. Selbstverständlich kann die Trennung des
reflektierenden Spiegels 2 kleinen Durchmessers von der
Lichtquelle 6 die Menge des Lichts F3, das in Richtung
des reflektierenden Spiegels 4 gerichtet ist, erhöhen. Deshalb
kann die Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich voraus erhöht
werden. Da der Neigungswinkel des an der reflektierenden Oberfläche des
reflektierenden Spiegels kleinen Durchmessers reflektierten und
dann nach vorne projizierten Lichts bezüglich der optischen Achse klein
ist, ist ferner der Grad der Divergenz reduziert, wodurch die Mittenintensität erhöht wird.
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Mit
abnehmender Menge des Lichts F1, das so wie es ist durch den reflektierenden
Spiegel 2 kleinen Durchmessers hindurchtritt, nimmt die
Menge des divergierenden Lichts ab. Diese Menge von Licht ist jedoch
nicht so groß,
daß sie
die Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich beeinflußt,
um die Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich voraus zu erhöhen.
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3 illustriert
eine Lichtverteilungscharakteristik in dem Fall, in dem der reflektierende
Spiegel 2 kleinen Durchmessers in einem Abstand d3, der größer als
der Abstand d2 in 2 ist, von dem LED-Chip 6 getrennt
beabstandet angeordnet ist. In diesem Fall steigt die Menge des
an dem reflektierenden Spiegel reflektierten Lichts F3 an und deshalb steigt
der Anteil des zu der optischen Achse parallelen Lichts an. Licht
F2, das an dem reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers reflektiert
wird, wird als parallele Strahlen in etwa parallel zu der optischen
Achse nach vorne projiziert. Der Anteil des durch den reflektierenden
Spiegel kleinen Durchmessers hindurchtretenden Lichts F1 nimmt ab.
Deshalb ist das Lichtverteilungsmuster zum Beispiel an einer Position
10 m voraus derart, daß die
Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich extrem hoch ist und die Beleuchtungsstärke in dem
Randbereich niedrig ist.
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Die 4 bis 6 zeigen
Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m voraus, die den jeweiligen
Anordnungen der 1 bis 3 entsprechen. 4 zeigt,
daß sich
die Lichtverteilung entsprechend dem Lichtverteilungsmuster erstreckt,
bei dem die Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich niedrig und an dem Rand hoch ist, wie in 1 gezeigt
ist. Die Spitze in dem Mittenbereich ist jedoch klar, etwa bei 6
Lux. Mit anderen Worten kann verstanden werden, daß die Beleuchtungsstärke in dem
Mittenbereich auf einem gewissen Pegel oder höher gehalten werden kann, selbst
wenn die Lichtverteilung aufgeweitet wird.
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5 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster mit dem Abstand d2 zwischen dem LED-Chip 6 und
dem reflektierenden Spiegel 2 kleinen Durchmessers. Die Beleuchtungsstärke in dem
Mittenbereich übersteigt 12
Lux und es kann verstanden werden, daß die Beleuchtungsstärke in dem
Mittenbereich erhöht
ist. Ferner kann die Beleuchtungsstärke von etwa 1 Lux selbst an
einer Position etwa 1 m entfernt von der Mitte erhalten werden.
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6 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m voraus, das der
Anordnung von 3 entspricht. Da Licht F2, das
an dem reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers reflektiert wird,
parallel zu der optischen Achse nach vorne projiziert wird, ist
die Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich extrem hoch, 100 Lux erreichend. Ferner ist die
Beleuchtungsstärke
an einer Position 1 m entfernt von der Mitte Null. Es kann verstanden
werden, daß das
Licht gut fokussiert ist, um den Mittenbereich voraus zu beleuchten.
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Durch
Verwenden von zwei Lichtverteilungsmechanismen des reflektierenden
Spiegels und des reflektierenden Spiegels kleinen Durchmessers und durch
Variieren des Abstands zwischen der Lichtquelle und dem reflektierenden
Spiegel kleinen Durchmessers wie oben beschrieben, kann die Lichtverteilung – mit der
Beleuchtungsstärke
in der Mitte voraus auf einem gewissen Pegel oder höher gehalten – ausgebreitet
oder verengt werden. Verglichen mit dem herkömmlichen Beispiel kann in diesem
Fall eine hohe Effizienz erzielt werden, die später beschrieben wird.
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Zum
Vergleich wird ein Verteilungsmuster in dem Fall beschrieben, in
dem der reflektierende Spiegel kleinen Durchmessers, der oben beschrieben
wurde, nicht angeordnet ist. 7 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster in einer Position 10 m voraus, wobei
der reflektierende Spiegel kleinen Durchmessers nicht angeordnet
ist. In diesem Fall wird das Licht, das den reflektierenden Spiegel
erreicht und an dem reflektierenden Spiegel reflektiert wird, als
zu der optischen Achse parallele Lichtstrahlen nach vorne projiziert.
Als ein Ergebnis ist die Beleuchtungsstärke in dem Mittenbereich so
hoch wie über
90 Lux. Verglichen mit 6, die das Lichtverteilungsmuster zeigt,
bei dem Licht in der vorliegenden Ausführungsform in dem Mittenbereich
gesammelt wird, ist der Spitzenwert jedoch etwas niedriger und die
Breite ist schmaler. Es kann verstanden werden, daß dieses Beispiel
im Hinblick auf die effiziente Nutzung des Lichts von der Lichtquelle
klar minderwertig ist. Im Gegensatz kann der Beleuchtungsapparat
in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem herkömmlichen
Beispiel eine exzellente Effizienz haben.
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8 zeigt
ein Lichtverteilungsmuster an einer Position 10 m voraus, wobei
der reflektierende Spiegel kleinen Durchmessers nicht angeordnet
ist und der LED-Chip 5 mm von der Mitte in 1 versetzt
ist. Bei dieser Anordnung ist der Lichtverteilungsbereich in der
Position 10 m voraus ausgedehnt, wodurch der Zweck des Ausdehnens
der Beleuchtung erzielt wird. Die Beleuchtungsstärke ist jedoch in dem Mittenbereich
extrem reduziert, was in einer Doughnut-förmigen Beleuchtung resultiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
resultiert das Ausdehnen der Beleuchtung nicht in Doughnut-förmiger Beleuchtung
und der Beleuchtungsbereich kann aufgeweitet werden, während die
Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich sichergestellt ist.
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9 zeigt
einen Mechanismus zum Bewegen des in den 1 bis 3 gezeigten
reflektierenden Spiegels kleinen Durchmessers. Bei diesem Beleuchtungsapparat
sind die LED-Vorrichtung 5 und der reflektierende Spiegel 4 integral
ausgebildet und ein Lichtquellenbefestigungsbauteil 7 zum
Befestigen der LED-Vorrichtung 5 ist
mit der LED-Vorrichtung integriert. Deshalb sind die LED-Vorrichtung 5, die
den LED-Chip 6 beinhaltet, der reflektierende Spiegel 4 und
das Lichtquellenbefestigungsbauteil 7 zur Integration miteinander
verbunden.
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Eine
transparente Schutzabdeckung 1, die an der Vorderseite
dieses Beleuchtungsapparates angeordnet ist, ist mit dem reflektierenden
Spiegel 2 kleinen Durchmessers verbunden und integriert.
Diese Schutzabdeckung ist ein Befestigungsbauteil des nach vorne
projizierenden Mittels. Die Schutzabdeckung ist mit einem Schraubmechanismus 3 auf
das Lichtquellenbefestigungsbauteil 7 aufgeschraubt. Der
Abstand d zwischen dem LED-Chip 6 und
dem reflektierenden Spiegel 2 kleinen Durchmessers kann
durch Einstellen der Länge
des Schraubabschnitts eingestellt werden. Spezieller wird der Abstand
d zwischen dem LED-Chip 6 und
dem reflektierenden Spiegel kleinen Durchmessers während der Verwendung
des Beleuchtungsapparats durch Drehen der Schutzabdeckung 1 durch
eine Hand geändert,
um den Beleuchtungsbereich voraus zu variieren.
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Dabei
wird unabhängig
von Variationen des Abstands d das Positionsverhältnis zwischen dem reflektierenden
Spiegel 4 und dem LED-Chip 6, der als eine Lichtquelle
dient, nicht geändert.
Deshalb kann bei beliebiger Variation des Abstands d die Beleuchtungsstärke in dem
Mittenbereich voraus auf einem gewissen Pegel oder darüber gehalten
werden. Bei dieser Voraussetzung kann der Aufweitungsgrad der Vorwärtslichtverteilung
von der Mitte zu der Außenseite
durch Variieren des Abstands d eingestellt werden.
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Das
was wichtig ist, ist zusätzlich,
daß zwei Lichtverteilungsmechanismen
effektiv für
dieselbe Lichtquelle verwendet werden, um Beleuchtung mit höherer Effizienz
als das oben beschriebene herkömmliche
Beispiel bereitzustellen. Dies ist so, weil das von der Lichtquelle
emittierte Licht durch zwei Lichtverteilungsmechanismen aufgenommen
und dann nach vorne projiziert wird, so daß die verfügbare Menge von Licht verglichen
mit dem herkömmlichen
Beispiel erhöht
ist.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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10 zeigt
einen Beleuchtungsapparat in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In 10 ist eine Fresnel-Linse 8,
die ein nach vorne projizierendes Mittel ist, vor dem LED-Chip mit
einer gestuften Oberfläche 8e nach vorne
gewandt angeordnet. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich
von der ersten Ausführungsform
darin, daß der
reflektierende Spiegel kleinen Durchmessers durch die Fresnel-Linse 8 als
das nach vorne projizierende Mittel ersetzt ist und daß eine transparente
Schutzabdeckung 9 bereitgestellt ist. Die anderen Teile
sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform. Spezieller ist
der LED-Chip 6 in dem Fokus eines rotationsparabolischen
Spiegels angeordnet, der als ein reflektierender Spiegel dient, und
das Licht, das den reflektierenden Spiegel erreicht, wird als parallele
Strahlen parallel zu der optischen Achse nach vorne projiziert.
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Die
Fresnel-Linse 8 funktioniert ähnlich einer konvexen Linse.
Der LED-Chip ist in dem Fokus der Fresnel-Linse angeordnet, so daß das Licht,
das von der Lichtquelle die Fresnel-Linse er reicht, als parallele
Strahlen parallel zu der optischen Achse nach vorne projiziert wird,
wodurch die Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich voraus verbessert wird. Ferner ist der Abstand
zwischen der Fresnel-Linse und dem LED-Chip verglichen mit der in 10 gezeigten
Anordnung reduziert, so daß das
von der Fresnel-Linse nach vorne projizierte Licht aufgeweitet wird,
wodurch die Beleuchtungsstärke
in einem ausgeweiteten Bereich außerhalb des Mittenbereichs
voraus erhöht
wird.
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In 10 ist
die gestufte Oberfläche 8s der Fresnel-Linse
auf der der Lichtquelle entgegengesetzten Seite nach vorne gewandt,
so daß kein
Licht direkt von der Lichtquelle die freiliegende Stufenoberfläche 8b erreicht
und all die Lichtstrahlen, die die Fresnel-Linse erreichen, effektiv
nach vorne projiziert werden. Wenn im Gegensatz die gestufte Oberfläche 8s wie
in 11 gezeigt auf der Lichtquellenseite angeordnet
ist, strahlen die Lichter F11, F12, F13 des Lichts von der Lichtquelle
direkt auf die freiliegende Stufenoberfläche 8b. Wie oben beschrieben
wurde, ist die freiliegende Stufenoberfläche eine Oberfläche, die
auf einer Oberfläche
einer konvexen Linse nicht existieren würde und für die Oberfläche 8a des
optischen Systems irrelevant ist. Deshalb sind die Lichter F11,
F12, F13, die auf die freiliegende Stufenoberfläche zugeführt werden, ineffektives Licht,
bei dem keine parallelen Strahlen vorwärts projiziert werden. Dies
ist ein Hauptfaktor der Effizienzreduktion bei dem Vorwärtsprojizieren
von Licht unter Verwendung einer Fresnel-Linse.
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Durch
Anordnen der gestuften Oberfläche, so
daß sie
auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden
Seite nach vorne gewandt ist und durch Anordnen der transparenten
Schutzabdeckung 9, um zu verhindern, daß die gestufte Oberfläche der
Außenluft
aus gesetzt ist, kann hohe Effizienz sichergestellt werden und die
Abscheidung von Stäuben
und ähnlichem
kann verhindert werden.
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In 10 werden
die Lichter F1, F3, die die Fresnel-Linse 8 und den reflektierenden
Spiegel 4 erreichen, beide als Strahlen parallel zu der
optischen Achse nach vorne projiziert, so daß Beleuchtung mit einer hohen
Beleuchtungsstärke
in dem Mittenbereich voraus gebildet werden kann. Licht F2, das
zwischen dem reflektierenden Spiegel 4 und der Fresnel-Linse 8 hindurchtritt,
divergiert, um zu der Beleuchtung in dem nahen umgebenden Bereich
beizutragen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert
wurde, ist es klar zu verstehen, daß dies nur zum Zwecke der Illustrierung und
des Beispiels dient und nicht als Beschränkung zu sehen ist, wobei die
Reichweite der vorliegenden Erfindung nur durch den Wortlaut der
beigefügten Ansprüche begrenzt
ist.