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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein hocheffiziente lineare
Beleuchtungsquellen und lineare Beleuchtungssysteme mit verbesserter
abgegebener Bestrahlungsstärke
und abgegebener Strahldichte. Die Bestrahlungsstärke ist definiert als der Lichtfluß pro Flächeneinheit
und kann beispielsweise in Einheiten von Watt pro Quadratzentimeter
(W/cm2) ausgedrückt werden. Strahldichte ist
die Helligkeit des Lichtes. Die Strahldichte kann beispielsweise
in Einheiten von Watt pro Quadratzentimeter pro Steradian (W/(cm2·Steradian)
ausgedrückt
werden, wobei ein Steradian die Einheit eines Raumwinkels ist.
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Für viele
Anwendungen wird eine Beleuchtungsquelle mit einer schmalen Ausgabeöffnung und
mit einer hohen Ausgabeeffizienz bevorzugt. Eine derartige Quelle
wird üblicherweise
mit einer Aperturlampe mit einer internen Schlitzappertur konstruiert,
die in die Lampenstruktur eingebaut ist. Eine Aperturlampe weist
jedoch im allgemeinen wegen größerer Lichtabsorption
innerhalb der Lampe und aufgrund einer reduzierten Oberfläche der
Leuchtstoffbeschichtung eine geringere Lichtemission als eine herkömmliche
Lampe auf. Es wäre
höchst
wünschenswert,
eine verbesserte schmale Beleuchtungsquelle zu haben, die effizienter
ist als eine Lampe mit einer internen Schlitzapertur.
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Für Anwendungen
wie etwa optische Scanner und Fotokopierer ist ein lineares Beleuchtungssystem mit
hoher Ausgabebestrahlungsstärke
erwünscht,
um einen schmalen Streifen des gescannten oder fotokopierten Bereichs
zu beleuchten. Die Beleuchtungsbaugruppe für eine derartige Einrichtung
besteht üblicherweise
aus einer nackten linearen Lichtquelle, einer Aperturlampe oder
einer Lampe, die teilweise von einem spiegelnden Reflektor umgeben
ist. Ein spiegelnder Reflektor ist ein spiegelartiger Reflektor
mit einer glatten Oberfläche
und weist die Eigenschaft auf, daß der Lichteinfallswinkel gleich
dem Reflexionswinkel ist, wobei der Einfalls- und Reflexionswinkel
relativ zu der Richtung senkrecht zu der Oberfläche gemessen werden. Ein verbessertes
lineares Beleuchtungssystem mit einer höheren Ausgabebestrahlungsstärke wäre vorteilhaft.
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Für bestimmte
andere Anwendungen wie etwa Flachbildschirme ist ein Beleuchtungssystem
mit einer sehr geringen Dicke höchst
erwünscht.
Derartige Systeme sind üblicherweise
mit einer oder mehreren Beleuchtungsquellen, einem Wellenleiter
oder einem Lichtrohr zum Sammeln und Verteilen des Lichts von den Beleuchtungsquellen
und zusätzlichen
streuenden, reflektierenden oder kollimierenden Elementen zum Extrahieren
des Lichts aus dem Wellenleiter konfiguriert. Signifikante Einsparungen
hinsichtlich der Tiefe kann man erhalten, wenn die Beleuchtungsquellen
durch die Kante des Wellenleiters gekoppelt werden. Die aus dem System
extrahierte Lichtmenge ist proportional zu der Anzahl der Reflexionen
oder streuenden Ereignisse, die innerhalb des Wellenleiters auftreten,
wobei die Anzahl umgekehrt proportional zu der Dicke des Wellenleiters ist.
Um eine maximale Lichtausgabe zu erhalten, wird ein dünner Wellenleiter
bevorzugt. Dies führt
jedoch zu Wellenleiterkanten mit einem kleinen Flächeninhalt,
wodurch die Größe der Beleuchtungsquelle
begrenzt wird, die direkt an die Kante des Wellenleiters anschließen kann.
Wenn andererseits der Flächeninhalt
der Wellenleiterkante vergrößert wird,
sinkt die Extrahierungseffizienz des Wellenleiters. Es wäre höchst wünschenswert, einen
dünnen
Wellenleiter zu verwenden und dennoch die maximale Beleuchtungsquelleneingabe
bereitzustellen. Deshalb wird eine höchst effiziente lineare Beleuchtungsquelle
mit hoher Ausgabebestrahlungsstärke und
Ausgabestrahldichte aus einer schmalen Öffnung benötigt.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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Bekannterweise
ist es möglich,
röhrenartige
Leuchtstofflampen mit einer internen Schlitzapertur zu verwenden,
um das emittierte Licht zu konzentrieren und in einen schmalen Winkelbereich
zu lenken. Es werden allgemein zwei Arten von Aperturlampen mit
internen Schlitzen verwendet. Die erste Art ist im Querschnitt als
Aperturlampe 10 in 1 gezeigt.
Die Lampe besteht aus einer hohlen Glasröhre 12 mit einer Leuchtstoffbeschichtung 14 auf
der ganzen Innenfläche
mit Ausnahme eines dem Winkel 18 gegenüberliegenden schmalen Gebiets 16.
Die Mitte der Röhre
ist mit einer Mischung aus Gasen gefüllt, die bei Anregung mit einem
von nicht gezeigten Elektroden an den Enden der Röhre gelieferten
elektrischen Strom Ultraviolettlicht emittiert. Das Ultraviolettlicht
wiederum trifft auf die Leuchtstoffbeschichtung 14 auf
und wird in sichtbares Licht umgewandelt. Eine typische Leuchtstoffbeschichtung
ist außerdem
ein diffuser Reflektor. Man beachte, daß ein diffuser Reflektor ein
Reflektor ist, der einfallendes Licht in einen Bereich von Winkeln
streut. Diffuse Reflektoren weisen in der Regel nur dann einen hohen
Reflexionsgrad auf, wenn die reflektierende Beschichtung relativ dick
ist (z. B. etwa 0,15 mm oder größer). Die
reflektierende Leuchtstoffbeschichtung auf der Innenseite einer Aperturlampe
ist notwendigerweise erheblich dünner
als 0,15 mm, was zu einem schlechten Reflexionsgrad führt (in
der Größenordnung
von 60–80%).
Der größte Teil
des von dem Leuchtstoff nicht reflektierten Lichts geht durch die
Beschichtung hindurch. Indem eine Apertur, in diesem Fall der Spalt 16,
in der Leuchtstoffbeschichtung angeordnet wird, kann Licht bevorzugt
aus der Apertur heraus gelenkt werden. Weil jedoch ein Teil des
Lichts durch die Leuchtstoffbeschichtung verloren geht, ist die
Effektivität
dieser Art von Aperturlampe erheblich reduziert.
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Eine
zweite Art von Lampe mit einer internen Apertur, die dem Fachmann
bekannt ist, ist in 2 als Aperturlampe 50 gezeigt.
Die Lampe weist einen Glaskolben 52 auf. Innerhalb des
Glaskolbens befindet sich eine Leuchtstoffbeschichtung 54 und
eine zusätzliche
reflektierende Beschichtung 56. Es existiert eine Aperturöffnung 58 sowohl
durch die Leuchtstoffbeschichtung 54 als auch die reflektierende
Beschichtung 56, die dem Winkel 59 gegenüber liegt
und durch die Licht bevorzugt in einer Richtung entweichen kann.
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Mit
den in den 1 und 2 gezeigten
internen Aperturlampen 10 und 50 sind sechs signifikante Probleme
verbunden. Zunächst
müssen
die Leuchtstoffbeschichtung und die reflektierende Beschichtung
sehr dünn
sein und die Auswahl an Beschichtungsmaterialien ist sehr begrenzt,
damit der Betrieb der Lampe nicht gestört wird. Für eine interne Beschichtung
sind keine organischen Materialien möglich, weil etwaige Ausgasung
aus dem organischen Material oder Zersetzung des organischen Materials
durch die Effekte von Ultraviolettlicht die Effizienz der Lampe
reduzieren würden.
Aufgrund von Einschränkungen
hinsichtlich Beschichtungsmaterialien ist zweitens der Reflexionsgrad
der Beschichtungen nicht so hoch wie gewünscht. Drittens geht ein signifikanter
Teil des in der Lampe erzeugten Ultraviolettlichts durch die Absorption
durch die Glasröhre
in dem Bereich ohne Leuchtstoffbeschichtung verloren. Viertens muß zur Herstellung
dieser Arten von Aperturlampen ein teuereres Glas verwendet werden,
um durch Ultraviolettlicht induzierte Verfärbung und Verlust an Lichttransmission
durch das Glas im Bereich der Apertur zu reduzieren. Fünftens Weil
die Fläche
der internen Lampenoberfläche,
die von der Leuchtstoffbeschichtung bedeckt ist, um die Fläche reduzierte
ist, die die Apertur enthält,
kommt es zu einer entsprechenden Reduzierung der Effizienz beim
Umwandeln elektrischer Leistung in Lichtenergie. Sechstens sind
interne Aperturlampen schwieriger herzustellen als herkömmliche Lampen
und deshalb teurer. Diese Mängel
tragen zu einer reduzierten Effizienz und höheren Kosten für Aperturlampen
im Vergleich zu regulären
Lampen ohne interne Aperturen bei.
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Dementsprechend
werden nun mit der vorliegenden Erfindung verbesserte lineare Beleuchtungsquellen
bereitgestellt, die externe stark reflektierende Umhüllungen
verwenden, in die eine oder mehrere lineare Öffnungen integriert sind, um
eine verbesserte Quelleneffizienz, Ausgabebestrahlungsstärke und
Ausgabestrahldichte zu erzielen. Derartige verbesserte Beleuchtungsquellen
können
mit zusätzlichen
optischen Elementen kombiniert werden, um komplexere Beleuchtungssysteme
herzustellen. Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung.
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Aus
GB-A-2 020 000 ist eine Beleuchtungsquelle bekannt, die dem Oberbegriff
von Anspruch 1 entspricht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine lineare Beleuchtungsquelle bereit,
die folgendes umfaßt:
eine
lineare Lichtquelle mit einer Breite w1 in
einer Richtung senkrecht zur Längsachse
der linearen Lichtquelle und
eine externe reflektierende Umhüllung, die
die lineare Lichtquelle teilweise umgibt, wobei die externe reflektierende
Umhüllung
eine größte innenbreite
w2 und mindestens eine lineare Öffnung mit
einer größten Breite
w3 derart aufweist, daß (0,03)(w2) ≤ w3 ≤ (0,75)(w2), dadurch gekennzeichnet, daß die externe
reflektierende Umhüllung
aus einem technischen thermoplastischen Kunststoff besteht, der
mit feinen Teilchen aus einem durchsichtigen oder weißen Füllstoff
gefüllt
ist, wobei der Brechungsindex der feinen Teilchen größer ist
als der Brechungsindex des thermoplastischen Kunststoffs; und
wobei
die Umhüllung
aus einem reflektierenden Material mit einem Reflexionsgrad R von
größer oder
gleich 95% besteht.
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Eine
lineare Lichtquelle ist definiert als eine Lichtquelle mit einem
Längenmaß, das mindestens
das dreifache des Breitenmaßes
w1 ist. Eine lineare Lichtquelle kann aus
einem einzigen Element bestehen oder es kann sich bei ihr um ein
lineares Arrav mit einer Vielzahl Elementen handeln. Wenn die lineare
Lichtquelle ein eine Vielzahl von Elementen enthaltendes Array ist,
dann beträgt
die Länge
des Arrays mindestens das dreifache der Breite eines individuellen
Elements. Eine lineare Öffnung
ist definiert als eine Öffnung
mit einem Längenmaß, das mindestens
das dreifache des Breitenmaßes
ist. Die Erfindung stellt außerdem
ein lineares Beleuchtungssystem bereit, das eine Beleuchtungsquelle
wie gerade definiert umfaßt
und mindestens ein optisches Element in enger Nähe zu der mindestens einen
linearen Öffnung
aufweist.
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Ein
optisches Element kann beispielsweise eine zylindrische Stablinse,
eine linsenartige Linse, eine asphärische linsenartige Linse,
ein linsenartiges Prisma, ein Array linsenartiger Linsen, ein Array
linsenartiger Prismen, einen Spiegel, einen reflektierenden Konzentrator
oder einen Wellenleiter enthalten. Unter linsenartig wird ein lineares
optisches Element mit dem Querschnitt (nur in einer Richtung) einer
Linse oder eines Prismas verstanden.
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Ein
besseres Verständnis
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter Bezugnahme auf die
folgenden ausführlichen
Erörterungen
spezifischer Ausführungsformen
und die beigefügten
Figuren, die derartige Ausführungsformen
veranschaulichen und exemplifizieren.
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Unter
Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung der Erfindung und der beigefügten Zeichnungen läßt sich
die Erfindung eingehender verstehen und es ergeben sich weitere
Vorteile daraus.
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Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer internen Aperturlampe nach
dem Stand der Technik;
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2 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer alternativen internen Aperturlampe
nach dem Stand der Technik;
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3 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer linearen Beleuchtung
wobei
die externe reflektierende Umhüllung
mindestens eine lineare Öffnung
mit einer größten Breite
w3 derart aufweist, daß (0,03)(w2) ≤ w3 ≤ (0,75)(w2), und (c) mindestens ein optisches Element
in enger Nähe
zumindest einer linearen Öffnung.
Ein optisches Element kann beispielsweise eine zylindrische Stablinse,
eine linsenartige Linse, eine asphärische linsenartige Linse,
ein linsenartiges Prisma, ein Array linsenartiger Linsen, ein Array
linsenartiger Prismen, einen Spiegel, einen reflektierenden Konzentrator
oder einen Wellenleiter enthalten. Unter linsenartig wird ein lineares
optisches Element mit dem Querschnitt (nur in einer Richtung) einer
Linse oder eines Prismas verstanden.
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Ein
besseres Verständnis
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter Bezugnahme auf die
folgenden ausführlichen
Erörterungen
spezifischer Ausführungsformen
und die beigefügten
Figuren, die derartige Ausführungsformen
veranschaulichen und exemplifizieren.
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Kurze Beschreibung
von Zeichnungen
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Unter
Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung der Erfindung und der beigefügten Zeichnungen läßt sich
die Erfindung eingehender verstehen und es ergeben sich weitere
Vorteile daraus.
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Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer internen Aperturlampe nach
dem Stand der Technik;
-
2 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer alternativen internen Aperturlampe
nach dem Stand der Technik;
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3 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer linearen Beleuchtungsquelle;
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4 und 5 ein
schematisches Querschnitts- bzw. perspektivisches Diagramm einer
alternativen Version einer linearen Beleuchtungsquelle;
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6 und 7 ein
schematisches Querschnitts- bzw. perspektivisches Diagramm einer
weiteren Version einer linearen Beleuchtungsquelle;
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8 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer weiteren linearen Beleuchtungsquelle;
-
9 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer linearen Beleuchtungsquelle
unter Verwendung der linearen Beleuchtungsquelle von 4 und
eines Wellenleiters;
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10 und 11 ein
schematisches Querschnitts- bzw. perspektivisches Diagramm eines
linearen Beleuchtungssystems unter Verwendung der linearen Beleuchtungsquelle
von 4 und einer Linse;
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12 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer linearen Beleuchtungsquelle
unter Verwendung der linearen Beleuchtungsquelle von 4 und
einer Linse, die sowohl durch Brechung als auch Totalreflexion funktioniert;
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13 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer linearen Beleuchtungsquelle
unter Verwendung der linearen Beleuchtungsquelle von 4 und
eines CPC-Konzentrators
(CPC); und
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14 ein
schematisches Querschnittsdiagramm einer linearen Beleuchtungsquelle
unter Verwendung der linearen Beleuchtungsquelle von 4 und
eines Arrays optischer Elemente.
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15 ist
eine Intensitätskurve
(Bestrahlungsstärke)
als Funktion der Detektorposition.
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16 ist
eine Intensitätskurve
(Bestrahlungsstärke)
als Funktion der Detektorposition.
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17 ist
eine Kurve der relativen Abgabe als Funktion der Öffnungsbreite.
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18 ist
eine Intensitätskurve
(Bestrahlungsstärke)
als Funktion der Detektorposition.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
folgenden bevorzugten Ausführungsformen,
wie durch die Zeichnungen exemplifiziert, veranschaulichen die Erfindung
und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die
Ansprüche
dieser Anmeldung umfaßt
wird, beschränken.
Es werden hier Beleuchtungsquellen und Beleuchtungssysteme, die verbesserte
externe reflektierende Umhüllungen,
lineare Öffnungen
und wahlweise zusätzliche
optische Elemente verwenden, offenbart.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine in 3 im Querschnitt
gezeigte lineare Beleuchtungsquelle 100. Die lineare Beleuchtungsquelle 100 besteht
aus einer linearen Lichtquelle 102, die von einer externen
Umhüllung 104 teilweise
umgeben wird. Die lineare Lichtquelle 102 kann in der externen
Umhüllung 104 zentriert
sein oder zu einer Seite der Umhüllung
versetzt sein. Durch eine oder mehrere lineare Öffnungen 108 in der
Wand der externen Umhüllung
kann Licht aus der Umhüllung
entweichen. In enger Nähe zu
der Innenfläche
der externen Umhüllung 104 befindet
sich eine reflektierende Schicht 106. In dieser Figur ist
die Breite der linearen Lichtquelle 110, die größte innere
Breite der externen Umhüllung
ist 112 und die größte Breite
der linearen Öffnung
ist 114. Wenn die externe Umhüllung 104 aus einem
transparenten Material konstruiert wird, kann die externe Umhüllung wahlweise
vollständig
von der linearen Lichtquelle 102 umgeben sein. In der reflektierenden
Schicht 106 muß jedoch
weiterhin eine Öffnung 108 bleiben,
damit Licht aus der linearen Beleuchtungsquelle entweichen kann.
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Bei
der linearen Lichtquelle 102 kann es sich um eine beliebige
Quelle handeln, die Licht emittiert. Zu beispielhaften linearen
Lichtquellen zählen
beispielsweise unter anderem eine oder mehrere der folgenden Arten
von Lichtquellen: Leuchtstofflampen, Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden,
organische Leuchtdioden, Elektrolumineszenzstreifen oder Hochleistungsentladungslampen.
Als veranschaulichendes Beispiel stellen eine Vielzahl von in einer
Reihe angeordneten Leuchtdioden eine lineare Lichtquelle dar. Das
einzelne oder die mehreren Elemente der linearen Lichtquelle können Licht
einer Farbe, mehrerer Farben oder weißes Licht (das aus mehreren
Farben zusammengesetzt ist) emittieren. Die in 3 dargestellte
lineare Lichtquelle 102 kann Licht in allen Richtungen
emittieren. Eine Leuchtstofflampe ist ein Beispiel für eins lineare
Lichtquelle 102, die Licht in allen Richtungen emittiert.
Um die Effizienz des linearen Beleuchtungssystems 100 zu
maximieren, wird bevorzugt, wenn die lineare Lichtquelle 102 eine
nichtabsorbierende Oberfläche 116 aufweist.
Eine derartige nichtabsorbierende Oberfläche 116 kann reflektierend,
durchlässig
oder beides sein.
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Zwischen
der Oberfläche 116 der
linearen Lichtquelle 102 und der reflektierenden Schicht 106 liegt
ein Spalt 118 vor. Zwischen der linearen Lichtquelle 102 und
der reflektierenden Schicht 106 einen Spalt zu haben, ist
kritisch, wenn die lineare Lichtquelle 102 eine Leuchtstofflampe
oder eine andere Art von Lampe ist, bei der die Größe der Lichtabgabe
der Lampe hinsichtlich der Lampentemperatur empfindlich ist. Der
Spalt 118 kann als eine isolierende Schicht wirken, die
es gestattet, daß sich
die lineare Lichtquelle 102 schnell auf ihre optimale Arbeitstemperatur
erwärmt.
Der Spalt ist bevorzugt größer als
etwa 10% der Breite 110 der linearen Lichtquelle.
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Die
in 3 gezeigte externe Umhüllung 104 kann eine
beliebige Querschnittsform aufweisen, einschließlich kreisförmig, elliptisch,
oval, spitzenförmig
oder mit Facetten versehen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die
lineare Öffnung 108 weist
bevorzugt eine größte Breite 114 auf,
die kleiner ist als die größte innere
Breite 112 der externen Umhüllung 104. Besonders
bevorzugt liegt die größte Breite 114 der
linearen Öffnung 108 im
Bereich zwischen etwa 3% und etwa 75% der größten inneren Breite 112 der
externen Umhüllung. Ganz
besonders bevorzugt liegt die größte Breite 114 der
linearen Öffnung 108 im
Bereich zwischen etwa 5% und etwa 50% der größten inneren Breite 112 der
externen Umhüllung.
Wenn die lineare Lichtquelle 112 eine röhrenförmige Leuchtstofflampe ist,
dann liegt außerdem
die größte Breite 114 der
linearen Öffnung 108 bevorzugt
im Bereich zwischen etwa 10% und etwa 100% der Breite 110 der
linearen Lichtquelle. Besonders bevorzugt liegt die Breite 114 der
linearen Öffnung 108 im
Bereich zwischen etwa 20% und etwa 90% der Breite 110 der
linearen Lichtquelle. Die Breite der linearen Öffnung 108 kann entlang
der Länge
der linearen Lichtquelle gleichförmig
sein, oder die Breite der linearen Öffnung 108 kann entlang
der Länge
der linearen Lichtquelle variieren, um die Ausgabelichtverteilung
entlang der Lichtquelle zu ändern.
Durch dieses letztere Merkmal der vorliegenden Erfindung erhält man einen
kritischen Vorteil für
Anwendungen, die eine gleichförmige Beleuchtung
erfordern, wodurch die der Lichtabgabe der Lampe eigene Ungleichförmigkeit
korrigiert werden kann, damit man eine gleichförmige Bestrahlungsstärke erhält. Die
Breite der Apertur kann an jedem Punkt entlang der Länge der
Lampe, wo die Lampenabgabe gering ist, vergrößert werden, damit man eine
relativ konstante und gleichförmige
Abgabe von der Beleuchtungsquelle erhält.
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Die
reflektierende Schicht 106 kann aus einem beliebigen Material
konstruiert werden, das Licht reflektiert. Die reflektierende Schicht
kann ein diffuser Reflektor, ein spiegelnder Reflektor oder eine
Kombination aus spiegelnden und diffusen Reflektoren sein.
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Es
können
diffuse Reflektoren hergestellt werden, die sehr hohe Reflexionsgrade
aufweisen (beispielsweise über
95% oder über
98%). Diffuse Reflektoren mit hohen Reflexionsgraden sind jedoch
im allgemeinen recht dick. So sind beispielsweise diffuse Reflektoren
mit Reflexionsgraden über
98% in der Regel mehrere Millimeter dick. Zu Beispielen für diffuse
Reflektoren zählen
unter anderem Fluorpolymermaterialien wie etwa SpectralonTM von der Firma Labsphere, Inc. und Polytetrafluorethylenfilm
(PTFE) von der Firma Fluorglas (vertrieben unter dem Warennamen
FuronTM), W. L. Gore and Associates, Inc.
(vertrieben unter dem Warennamen DRPTM)
oder E. I. du Pont de Nemours & Company
(vertrieben unter dem Warennamen TeflonTM),
Filme aus Bariumsulfat, poröse
Polymerfilme, die winzige Luftkanäle enthalten, wie etwa Polyethersulfon-
und Polypropylenfiltermaterialien von der Firma Pall Gelman Sciences
und Polymerverbundstoffe, die reflektierende Füllmaterialien verwenden, wie
etwa Titandioxid. Ein Beispiel für
das letztere Material ist mit Titandioxid gefülltes ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymer)
von der Firma RTP. Wenn ein strukturelles Material als reflektierendes
Material verwendet wird, wie etwa mit Titandioxid gefülltes ABS,
kann der strukturelle Träger 104 wie
in den 4 und 5 gezeigt mit der reflektierenden
Schicht 106 kombiniert werden.
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Die
meisten spiegelnd reflektierenden Materialien weisen Reflexionsgrade
im Bereich von etwa 80% bis etwa 93% auf. Alles Licht, das von dem
spiegelnden Reflektor nicht reflektiert wird, wird absorbiert und
in Wärme
umgewandelt, wodurch die Effizienz jedes optischen Systems, das
einen derartigen Reflektor verwendet, reduziert wird. Zu Beispielen
für spiegelnd
reflektierende Materialien zählen
beispielsweise SilverluxTM, ein Produkt
der Firma 3M, und andere Trägerfilme
aus Kunststoff, die mit einer dünnen
Metallschicht wie etwa Silber, Aluminium oder Gold beschichtet worden
sind. Die Dicke der Metallbeschichtung kann je nach den verwendeten
Materialien und dem Herstellungsverfahren der Metallbeschichtung
im Bereich zwischen etwa 0,05 μm
und etwa 0,1 mm liegen.
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Ein
Beispiel für
eine Kombination von spiegelnden und diffus reflektierenden Materialien
stellt eine oder mehrere Schichten eines diffusen Reflektors dar,
der mit einem spiegelnden Reflektor hinterlegt ist. Eine derartige
Kombination aus spiegelnd und diffus reflektierenden Materialien
ist aus der US-Patentanmeldung 08/679,047 bekannt. Die Verwendung
einer Kombination aus spiegelnd und diffus reflektierenden Materialien kann
bei einer dünneren
Schicht zu einem höheren
Reflexionsgrad führen,
als er möglich
ist, wenn nur ein diffus reflektierendes Material verwendet wird.
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Die
Effizienz der Beleuchtungsquelle 100 kann als der Prozentsatz
des von der linearen Lichtquelle 102 emittierten Lichts,
das durch die lineare Öffnung 108 entweicht,
definiert werden. Die Effizienz hängt stark von der Breite 114 der
linearen Öffnung 108,
dem Umfang der Innenfläche
der reflektierenden Schicht 106, dem Reflexionsgrad der
reflektierenden Schicht 106 und dem Reflexionsgrad der
linearen Lichtquelle 102 ab. Wenn die Breite 114 der
linearen Öffnung 108 beispielswise
1/10 des Umfangs der Innenfläche
der reflektierenden Schicht 106 beträgt, dann entweichen nur etwa
10% des von der linearen Lichtquelle 102 emittierten Lichts
durch die lineare Öffnung 108,
ohne von der reflektierenden Schicht 106 reflektiert zu
werden. Die restlichen 90% des Lichts werden von der reflektierenden
Schicht 106 oder von der linearen Lichtquelle 102 ein- oder
mehrmals reflektiert, bevor sie aus der linearen Öffnung 108 entweichen
oder bevor sie von den reflektierenden Oberflächen absorbiert und in Wärme umgewandelt
werden. Ein Teil des Lichts kann zehnmal oder öfter reflektiert werden, bevor
er entweicht. Die große
Häufigkeit,
mit der das Licht reflektiert werden kann, macht es sehr wichtig,
daß der
Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht 106 so nahe
bei 100 liegt, wie dies die praktischen Überlegungen
hinsichtlich Raum und Kosten gestatten. Wenn beispielsweise der
Reflexionsgrad einer optischen Oberfläche 90% pro Reflexion beträgt und das
Licht zehnmal vor. dieser Oberfläche
reflektiert wird, dann beträgt
die Gesamteffizienz (0,90)10 oder 35%. Die
anderer 65% des Lichts gehen verloren. Wenn jedoch der Reflexionsgrad
des Reflektors auf 95% pro Reflexion erhöht wird und das Licht zehnmal
von dieser Oberfläche
reflektiert wird, beträgt
die Gesamteffizienz (0,95)10 oder 60%, eine
signifikante Verbesserung von über
35%. Man kann größere Verbesserungen
erhalten, wenn der Reflexionsgrad über 95% liegt Für die vorliegende
Erfindung beträgt
der Reflexionsgrad des für
die Schicht 106 verwendeten Materials somit bevorzugt über 90%,
besonders bevorzugt über
95% und ganz besonders bevorzugt über etwa 97%.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist als eine lineare Beleuchtungsquelle 150 in 4 (eine
Querschnittsansicht) und in 5 (eine
Perspektivansicht) gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine lineare
Lichtquelle 152 mit einer Breite 160 teilweise
von einer externen reflektierenden Umhüllung 154 mit einer
größten inneren
Breite 162 umgeben. Licht kann durch eine oder mehrere
lineare Öffnungen 158 in der
Wand der externen reflektierenden Umhüllung 154 aus der
Umhüllung
entweichen. Die größte Breite
der linearen Öffnung 158 ist
das Maß 164.
Die in den 4 und 5 gezeigte
externe reflektierende Umhüllung 154 kann
jede Querschnittsform aufweisen, einschließlich unter anderem kreisförmig, elliptisch,
oval, spitzenförmig
oder mit Facetten versehen. Die lineare Öffnung 158 weist bevorzugt
eine größte Breite 164 auf,
die kleiner ist als die größte innere
Breite 162 der externen reflektierenden Umhüllung 154.
Besonders bevorzugt liegt die größte Breite 164 der
linearen Öffnung 158 im
Bereich zwischen etwa 3% und etwa 75% der größten inneren Breite 162 der
externen reflektierenden Umhüllung.
Ganz besonders bevorzugt liegt die größte Breite 164 der
linearen Öffnung 158 im
Bereich zwischen etwa 5% und etwa 50% der größten inneren Breite 162 der externen
reflektierenden Umhüllung.
Wenn die lineare Lichtquelle 152 eine röhrenförmige Leuchtstofflampe ist,
dann liegt außerdem
die größte Breite 164 der
linearen Öffnung 158 bevorzugt
im Bereich zwischen etwa 10% und etwa 100% der Breite 160 der
linearen Lichtquelle. Besonders bevorzugt liegt die Breite 164 der
linearen Öffnung 158 im
Bereich zwischen etwa 20% und etwa 90% der Breite 160 der
linearen Lichtquelle. Die Breite der linearen Öffnung 158 kann entlang
der Länge
der linaren Lichtquelle gleichförmig
sein, oder die Breite der linearen Öffnung 158 kann entlang
der Länge
der linearen Lichtquelle variieren, um die Ausgabelichtverteilung
entlang der Lichtquelle zum Kompensieren von Ungleichförmigkeiten
der Lichtquelle zu ändern.
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Die
in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform ähnelt 3 mit
der Ausnahme, daß nun
das strukturelle Material der externen Umhüllung 154 auch das
reflektierende Material ist. Diese Ausführungsform eignet sich besonders,
wenn das strukturelle Material für
die externe reflektierende Umhüllung
ein diffuser Reflektor ist. Beispiele für diffuse Reflektoren sind
oben aufgeführt.
Bevorzugt kann das reflektierende Material in die gewünschte Form
für die
externe reflektierende Umhüllung
geschnitten, geformt, extrudiert oder ausgeformt werden, und natürlich besitzt
es ausreichend E-Modul für
Zugbeanspruchung und Biegung, Formbeständigkeitstemperatur und Stoßfestigkeit,
damit es als das strukturelle Glied für das Beleuchtungssystem dienen kann.
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Bevorzugte
reflektierende Materialien zur Verwendung in den bevorzugten Ausführungsformen 150, 200, 300, 350, 400, 450 und 500 sind
technische thermoplastische Kunststoffe, die mit feinen Teilchen
mit einem Brechungsindex gefüllt
worden sind, der wesentlich größer ist
als der des Hostpolymers, und die in ihrer reinen Form optisch durchsichtig
oder weiß sind
wie etwa Titandioxid (Rutil und Anatas), Aluminiumoxid, Zinkoxid,
Zinksulfid, Bariumsulfat, Antimonoxid, Mangnesiumoxid, Calciumcarbonat,
Strontiumtitanat und dergleichen. Zu bevorzugten Materialien zählen außerdem technische
thermoplastische Kunststoffe, die Teilchen, Hohlräume oder
gasgefüllte
Blasen enthalten, die beispielsweise durch Schäumen erzeugt werden, und wobei die
Teilchen, Hohlräume
oder Blasen einen Brechungsindex aufweisen, der wesentlich kleiner
ist als der des Hostpolymers. Obwohl die primäre Teilchengröße viel
feiner sein kann, liegen die Füllstoffteilchen
oder Hohlräume
bei Dispergierung in der Polymermatrix bevorzugt im Größenbereich
zwischen etwa 0,1 Mikrometer und etwa 3,0 Mikrometer und ganz besonders
bevorzugt zwischen etwa 0,1 Mikrometer und etwa 1 Mikrometer. Die
optimale Größe eines
Füllstoffteilchens
kann anhand der Beziehung d = 2λ0/(πnδ) vorhergesagt
werden, wobei d der Durchmesser des Teilchens, λ0 die
relevante Wellenlänge
im Vakuum, n der Brechungsindex des Matrixpolymers und δ die Differenz
der Brechungsindizes des Füllstoffs
und der Matrix ist. Für
die vorliegende Erfindung geeignete thermoplastische Kunststoffe
sind bevorzugt nicht-gelb, und es zählen dazu eine große Vielfalt
von Kunststoffen, die sich in der Technik bekannterweise für Spritzgießen oder
Extrusion eignen, wie etwa ABS, Polymethylmethacrylat-Polyethylenterephthalat
(PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen, Nylon 6, Nylon
66, Polycarbonat, Polystyrol, Polyphenylenoxid und Mischungen und
Legierungen davon.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist als eine lineare Beleuchtungsquelle 200 in 6 (eine
Querschnittsansicht) und 7 (eine Perspektivansicht) gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform ist
die lineare Lichtquelle 202 mit einer Breite 210 in
die Seite der externen reflektierenden Umhüllung 204 eingebettet,
die eine größte innere
Breite 212 aufweist. Durch eine oder mehrere lineare Öffnungen 208 in
der Wand der externen reflektierenden Umhüllung 204 kann Licht
aus der Umhüllung
entweichen. Die größte Breite
jeder linearen Öffnung 208 ist
das Maß 214.
In den 6 und 7 ist die lineare Öffnung 208 auf
der Seite der externen reflektierenden Umhüllung 204 gegenüber von
der linearen Lichtquelle 202 dargestellt. Dies ist jedoch
nicht erforderlich, und die lineare Lichtquelle 202 und
die lineare Öffnung 208 können nebeneinander liegen.
Die externe reflektierende Umhüllung 206 kann
aus einem diffusen reflektierenden Material konstruiert sein, oder
eine zusätzliche
reflektierende Schicht kann auf der Innenfläche 206 der externen
reflektierenden Umhüllung 204 angeordnet
sein, um einen hohen Reflexionsgrad zu erreichen. Die in den 6 und 7 dargestellte
lineare Lichtquelle 202 emittiert bevorzugt Licht in eine
Halbkugel (ein Vollwinkel von 2π)
oder in einen Vollwinkel kleiner als 2π und emittiert bevorzugt nicht
Licht in alle Richtungen (was ein Vollwinkel von 4π wäre). Zu
Beispielen für
lineare Lichtquelle 202 zählen unter anderem Leuchtdioden,
Laserdioden, organische Leuchtdioden oder Elektrolumineszenzstreifen.
Bei dieser Ausführungsform
der Erfindung kann die externe reflektierende Umhüllung 204 auch
dazu dienen, die Lichtabgabe der linearen Lichtquelle 202 zu
homogenisieren. Diese Homogenisierung ist besonders dann wichtig,
wenn lineare Lichtquelle 202 ein Array von Leuchtdioden,
Laserdioden oder organischen Leuchtdioden ist, die jeweils möglicherweise
eine sehr kleine lichtemittierende Oberfläche aufweisen. Wenn die lineare
Lichtquelle 202 Elemente enthält, die verschiedene Farben emittieren
(beispielsweise rote, grüne
und blaue Leuchtdioden), kann die externe reflektierende Umhüllung 204 die
Farben mischen, damit eine weiße
Lichtabgabe entsteht.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird durch die in 8 im Querschnitt
gezeigte lineare Beleuchtungsquelle 250 veranschaulicht.
Diese Konfiguration eignet sich insbesondere dann, wenn die lineare
Lichtquelle beispielsweise eine röhrenförmige Leuchtstofflampe ist,
die in 8 als ein transparenter Glaskolben 252 dargestellt
ist, der auf der Innenseite mit einer Leuchtstoffschicht 254 beschichtet
ist. Die lineare Lichtquelle ist von einer externen Umhüllung 256 umgeben,
mit Ausnahme einer Öffnung 264 mit einer Öffnungsbreite 262.
Die externe Umhüllung 256 kann
aus einem reflektierenden Material, einem nichtreflektierenden Material
oder einem transparenten Material konstruiert sein. Wenn die externe
Umhüllung
aus einem nichtreflektierenden oder transparenten Material konstruiert
ist, wird auf der Innenfläche
der externen Umhüllung 256 eine
zusätzliche
reflektierende Schicht 258 benötigt. Die reflektierende(n)
Struktur oder Strukturen einschließlich externer Umhüllung 256 und/oder
reflektierender Schicht 258 können aus diffusen reflektierenden
Materialien, spiegelnd reflektierenden Materialien oder einer Kombination
diffuser reflektierender Materialien und spiegelnd reflektierender
Materialien konstruiert sein. Beispiele für diffus und spiegelnd reflektierende
Materialien sind oben aufgeführt. 8 ähnelt 3,
außer
daß in 8 zwischen
der linearen Lichtquelle und der reflektierenden Schicht 258 ein
kleiner oder kein Spalt vorliegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
der Spalt weniger als 10% der Lampenbreite 260. Wenn die
lineare Lichtquelle eine Leuchtstofflampe ist, kann das Entfernen
des Spalts zu einer höheren
Ausgabeeffizienz der linearen Beleuchtungsquelle führen, indem
die Häufigkeit,
mit der das Licht in der externen reflektierenden Umhüllung reflektiert
werden muß,
bevor es aus der Öffnung 264 entweicht,
reduziert wird. (Man beachte, daß die Leuchtstoffbeschichtung
in einer Leuchtstofflampe in der Regel einen Reflexionsgrad von
etwa 60–80%
aufweist, wobei der größte Teil
des übrigen
Lichts durchgelassen wird, so daß es möglich ist, daß sich Licht
von einer Seite der Lampe zu der anderen ausbreitet, indem es durch
die Leuchtstoffbeschichtung hindurchtritt.)
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Leuchtstofflampen
sind jedoch gegenüber
der Temperatur ihrer Umgebung sehr empfindlich. Wenn die externe
Umhüllung 256 und/oder
die reflektierende Schicht 258 in enger Nähe oder
in tatsächlichem
Kontakt mit der Leuchtstofflampe angeordnet werden, kann dies die
Aufwärmzeit
der Lampe verlängern,
wodurch sich eine reduzierte Lichtabgabe ergibt, wenn die Lampe
sich erwärmt,
oder kann die Dauerarbeitstemperatur der Leuchtstofflampe senken,
was wiederum zu einer geringeren Lichtabgabe führen könnte. Wenn die externe Umhüllung 256 aus
einem transparenten Material konstruiert ist und eine reflektierende
Schicht 258 verwendet wird, kann die externe Umhüllung 256 wahlweise
den Glaskolben 252 der Leuchtstofflampe vollständig umgeben.
In der reflektierenden Schicht 258 muß jedoch weiterhin eine Öffnung 264 vorliegen,
damit Licht aus der linearen Beleuchtungsquelle entweichen kann.
Ein Beispiel für
die wahlweise Konfiguration würde
darin bestehen, eine flexible diffuse reflektierende Schicht 258 mit
einer Öffnung 264 und
für die
externe Umhüllung 256 einen
transparenten Schrumpfschlauch zu verwenden. Nachdem die Teile zu
der korrekten Konfiguration montiert worden sind, kann der Schrumpfschlauch
erwärmt
werden, was bewirkt, daß er
schrumpft und eng um den Reflektor und die Leuchtstofflampe anliegt.
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Andere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beinhalten die Verwendung von linearen
Beleuchtungsquellen der in den 3–8 dargestellten
Art, um komplexere lineare Beleuchtungssysteme herzustellen. Die
linearen Beleuchtungssysteme können
zusätzliche
optische Elemente enthalten, wie etwa Wellenleiter, zylindrische
Stablinsen, linsenartige Linsen, asphärische linsenartige Linsen,
Arrays von linsenartigen Linsen, Prismen, Arrays von linsenartigen
Prismen, Reflektoren, Konzentratoren und Kollimatoren. Die optischen
Elemente können
dazu verwendet werden, das von der linearen Beleuchtungsquelle emittierte Licht zu
formen, zu fokussieren, zu kollimieren oder zu projizieren. Beispiele
für derartige
Beleuchtungssysteme sind in den 9–14 dargestellt
und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Man
beachte beispielsweise, daß jede
der in den 3–8 dargestellten
linearen Beleuchtungsquellen mit jedem der optischen Elemente verwendet
werden kann, um zusätzliche
lineare Beleuchtungssysteme herzustellen. Gleichermaßen können die
zusätzlichen
optischen Elemente auch in Kombination verwendet werden, wie etwa
die Linse von 10 zusammen mit dem Lichtleiter
von 9, oder eine Linse und ein CPC können miteinander
integriert werden oder mehrstufige CPCs können in Reihe verwendet werden.
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Das
Diagramm in 9 veranschaulicht eine weitere
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das lineare Beleuchtungssystem 300 besteht
aus einer linearen Beleuchtungsquelle 320 und einem Lichtwellenleiter 316.
Die lineare Beleuchtungsquelle 320 ist beispielsweise so
dargestellt, daß sie
von der zuvor in 4 gezeigten Art ist, und sie
besteht weiterhin aus einer linearen Lichtquelle 302 und
einer externen reflektierenden Umhüllung 304. Durch eine
lineare Öffnung 308 in
der externen reflektierenden Umhüllung 304 kann sich
Licht von der linearen Beleuchtungsquelle 320 zu einem
Lichtwellenleiter 316 ausbreiten. Mit dem Lichtwellenleiter
kann das Licht durch interne Totalreflexion zu von der linearen
Beleuchtungsquelle 320 entfernten Stellen transportiert
werden. Wie der Fachmann versteht, können zur Bildung zusätzlicher
Beleuchtungssysteme andere optische Komponenten mit dem Lichtwellenleiter 316 verwendet
werden. Zu Anwendungen für derartige
lineare Beleuchtungssysteme zählen
kantenbeleuchtete Beleuchtungssysteme für Flachbildschirme und kollimierende
Beleuchtungssysteme.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 10 (eine
Querschnittsansicht) und 11 (eine
Perspektivansicht) dargestellt. Ein lineares Beleuchtungssystem 350 besteht
aus einer linearen Beleuchtungsquelle 370 und einer Linse 366.
Die lineare Beleuchtungsquelle 370 ist beispielhaft so
dargestellt, daß sie
von der zuvor in 4 gezeigten Art ist. Durch eine
lineare Öffnung 358 in
der externen reflektierenden Umhüllung 354 kann
Licht sich von der linearen Beleuchtungsquelle 370 zu der
Linse 366 ausbreiten. Um für das lineare Beleuchtungssystem
eine höhere
Ausgabebestrahlungsstärke
und eine höhere
Ausgabestrahldichte zu erzielen, weist die lineare Öffnung 358 bevorzugt
eine größte Breite 364 auf,
die kleiner ist als die größte innere
Breite 362 der externen reflektierenden Umhüllung 354.
Besonders bevorzugt liegt die größte Breite 364 der
linearen Öffnung 358 im
Bereich zwischen etwa 3% und etwa 75% der größten inneren Breite 362 der
externen reflektierenden Umhüllung.
Besonders bevorzugt liegt die größte Breite 364 der
linearen Öffnung 358 im
Bereich zwischen etwa 5% und etwa 50% der größten inneren Breite 362 der
externen reflektierenden Umhüllung.
Wenn die lineare Lichtquelle 352 eine röhrenförmige Leuchtstofflampe ist,
dann liegt außerdem
bevorzugt die größte Breite 364 der
linearen Öffnung 358 im
Bereich zwischen etwa 5% und etwa 100% der Breite 360 der
linearen Lichtquelle 352. Besonders bevorzugt liegt die
Breite 364 der linearen Öffnung 358 im Bereich
zwischen etwa 20% und etwa 90% der Breite 360 der linearen
Lichtquelle. Zu Beispielen für
die Linse 366 zählen
unter anderem eine linsenartige Linse, eine asphärische linsenartige Linse,
eine zylindrische Stablinse, eine plankonvexe linsenartige Linse,
eine bikonvexe linsenartige Linse, eine linsenartige Fresnel-Linse
und mehrelementige Linsen beliebigen Typs. Besonders geeignet sind
lineare Beleuchtungssysteme, bei denen die Linse 366 eine
zylindrische Stablinse ist, wie in den 10 und 11 dargestellt.
Die Linse 366 kann aus einem beliebigen transparenten Material
konstruiert sein. Lineare Beleuchtungssysteme können in vielen Anwemdungen
verwendet werden, einschließlich
beispielsweise optischen Scannern, Faxgeräten und Fotokopierern.
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12 zeigt
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein lineares Beleuchtungssystem 400 besteht
aus einer linearen Beleuchtungsquelle 430 und einem transparenten
optischen Element 416. Die lineare Beleuchtungsquelle 430 ist
beispielhaft so dargestellt, daß sie
von der in 4 gezeigten Art ist, und sie
besteht wiederum aus einer linearen Lichtquelle 402 und
einer externen reflektierenden Umhüllung 404. Die externe
reflektierende Umhüllung 404 weist
eine lineare Öffnung 408 mit
einer größten Breite 414 auf, durch
die Licht von der linearen Beleuchtungsquelle 430 sich
zum transparenten optischen Element 416 ausbreiten kann.
Das transparente optische Element 416 weist eine Eingabefläche 418 neben
der Öffnung 408, einen
von Seitenwänden 420 und 422 begrenzten
verjüngten
Abschnitt der Länge 432 und
eine Ausgabefläche 424 auf.
Das transparente optische Element 416 enthält wahlweise
auch einen geraden Abschnitt mit parallelen Seitenwänden 434 und 436,
wodurch der gerade Abschnitt zwischen dem verjüngten Abschnitt (durch die Seitenwände 420 und 422 begrenzt)
und der Ausgabefläche 424 positioniert
ist. Die Eingabefläche 418 ist
bevorzugt planar, doch ist Planarität nicht erforderlich. Die Ausgabebreite 428 des
optischen Elements 416 ist bevorzugt größer als die Eingabebreite 426 des
verjüngten
Abschnitts. Besonders bevorzugt beträgt die Ausgabebreite 428 des
optischen Elements 416 mindestens das Doppelte der Eingabebreite 426.
Die Seitenwände 420 und 422 des
verjüngten
Abschnitts können
planar, gekrümmt
oder mit Facetten versehen sein. Die Ausgabefläche 424 des transparenten
optischen Elements 416 kann ebenfalls planar, gekrümmt oder
mit Facetten versehen sein. Bevorzugt ist die Ausgabefläche 424 eine
gekrümmte
linsenartige Linse, wodurch die Linse einen einzigen Krümmungsradius aufweisen,
eine Parabolform aufweisen oder eine gewisse allgemeine Form ohne
einzigen Krümmungsradius
aufweisen kann. Besonders bevorzugt weist die Ausgabefläche 424 einen einzigen
Krümmungsradius
R auf, wobei der Krümmungsradius
R im Bereich zwischen der halben Ausgabebreite 428 bis
zum 1,5fachen der halben Ausgabebreite 428 betragen kann.
Mit anderen Worten beträgt
der Bereich des Krümmungsradius
R
(Breite 428)/2 ≤ R ≤ (1,5) (Breite 428)/2.
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Licht
tritt durch die Eingabefläche 418 in
das transparente optische Element 416 ein. Ein Teil des
Lichts erfährt
Reflexionen von den Innenflächen
der Seitenwände 420 und 422 und
von den Innenflächen
der fakultativen Seitenwände 434 und 436.
Die Reflexionen können
durch Totalreflexion erfolgen, wenn die Seitenwände 420, 422, 434 und 436 unbeschichtet
sind, oder sie können
durch normale Reflexion erfolgen, wenn die Seitenwände mit
einer reflektierenden Beschichtung beschichtet sind. Da die Seitenwände 420 und 422 eine sich
aufweitende Verjüngung
bilden, wird Licht teilweise von dem verjüngten Abschnitt des optischen
Elements 416 kollimiert. Das Licht tritt dann durch die
Ausgabefläche 424 aus,
die den Ausgabelichtstrahl weiter formen kann. Die Ausgabefläche 424 kann
zu einem Lichtausgabestrahl führen,
der entweder mehr kollimiert oder mehr fokussiert ist.
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13 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein lineares Beleuchtungssystem 450 besteht
aus einer Beleuchtungsquelle 476 und einer verjüngten optischen
Struktur 466. Die lineare Beleuchtungsquelle 476 wird
beispielhaft so dargestellt, daß sie
von der in 4 gezeigten Art ist. Die Beleuchtungsquelle 476 besteht
weiterhin aus einer linearen Lichtquelle 452 und einer
externen reflektierenden Umhüllung 454.
Durch eine Öffnung 458 in
der externen reflektierenden Umhüllung 454 kann
sich Licht von der Beleuchtungsquelle 452 zu der verjüngten optischen
Struktur 466 mit Seitenwänden 470 und 472 ausbreiten.
Wenn die verjüngte
optische Struktur 466 eine massive Struktur ist (nicht
hohl), dann ist bevorzugt das Lichteingabeende 468 der
verjüngten
optischen Struktur 466 eine planare Oberfläche, doch
ist Planarität
nicht erforderlich. Die Ausgabebreite 480 der verjüngten optischen
Struktur 466 ist größer als
die Eingabebreite 478. Bevorzugt beträgt die Ausgabebreite 48C der
verjüngten
optischen Struktur 466 mindestens das Doppelte der Eingabebreite 478.
Besonders geeignet sind lineare Beleuchtungssysteme, bei denen die
Seitenwände 470 und 472 des
verjüngten
Lichtwellenleiters eine Parabolform oder die Form eines CPC-Konzentrators
aufweisen. Die verjüngte
optische Struktur 466 kann aus einem massiven transparent
Material mit Oberflächen 470 und 472 konstruiert
sein, die entweder unbeschichtet oder mit einem reflektierenden
Material beschichtet sind, oder die verjüngte optische Struktur 466 kann
eine hohle Struktur mit mit einem reflektierenden Material beschichteten
Oberflächen 470 und 472 und
mit offenen Enden 468 und 474 sein. Licht tritt
in die verjüngte
optische Struktur 466 am Eingabeende 468 ein,
wird von den Oberflächen 470 und 472 reflektiert
und tritt im Ausgabeende 474 aus. Infolge der verjüngten Seiten
der optischen Struktur 466 ist das Licht am Ausgabeende 474 der
Verjüngung
mehr kollimiert als das Licht am Eingabeende 468. Wenn
die optische Struktur 466 aus einem klaren dielektrischen
Material hergestellt wird, ist es auch möglich, das Ausgabeende 474 nicht
planar zu machen, wie gezeigt, sondern konvex. In diesem Fall kann
man einen gegebenen Kollimationsgrad mit einem Element geringerer
Länge erzielen,
wobei Länge
als die senkrechte Entfernung vom Eingabeende 468 zum Ausgabeende 474 definiert
ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 14 als
ein lineares Beleuchtungssystem 500 dargestellt. Das lineare
Beleuchtungssystem 500 besteht aus einer linearen Beleuchtungsquelle 520 und
einem Array 516 linsenartiger optischer Elemente 518.
Die lineare Beleuchtungsquelle 520 ist beispielhaft so
dargestellt, daß sie
von der in 4 gezeigten Art ist. Die lineare
Beleuchtungsquelle 420 besteht weiterhin aus einer linearen
Lichtquelle 502, die teilweise von einer äußeren reflektierenden
Umhüllung 504 mit
einer Öffnung 508 umgeben
ist. Die linsenartigen optischen Elemente 518 können linsenartige
Prismen und linsenartige Linsen enthalten, die getrennt oder in
Kombination verwendet werden. Wenn die linsenartigen optischen Elemente 518 linsenartige
Prismen sind, können
die Seitenwände
der Prismen planar, gekrümmt
oder mit Facetten versehen sein. Wenn die linsenartigen optischen
Elemente 518 linsenartige Linsen sind, dann können die
Linsen einen Krümmungsradius
oder mehrere Krümmungsradien
aufweisen oder sie können
asphärische
linsenartige Linsen sein. Der Zweck des Arrays 516 linsenartiger
optischer Elemente besteht darin, das aus der Öffnung 508 austretende
Licht weiter zu formen oder zu kollimieren oder zu fokussieren.
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Die
folgenden Beispiele sind aufgenommen, um einige Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel veranschaulicht das Ausbilden eines Reflektors unter Verwendung
einer Kombination aus einer Schicht diffusen reflektierenden Materials
und einer Schicht spiegelnd reflektierenden Materials. Mit einem
im Handel erhältlichen
Spektrophotometer Macbeth Nr. 3100 wurden Reflexionsgradmessungen
vorgenommen. Der Reflexionsgrad einer 0,5 mm (0,020 Inch) dicken
Folie aus weißem
diffusem Polytetrafluorethylen-Material
(Produkt Nummer 128-10 Weiß),
hergestellt von der Firma Furon, Hoosick Falls, New York, USA, wurde
ohne hinterlegtem spiegelndem Reflektor als 95,6% gemessen. Wenn
eine spiegelnd reflektierende Folie aus SilverluxTM (3M)
mit einem Reflexionsvermögen
von 92% auf der Rückseite
des weißen
diffusen Materials angeordnet wurde, stieg der Reflexionsgrad des
Verbundmaterials auf 96,8%, eine Zahl, die größer ist als jede der beiden
getrennt gemessenen reflektierenden Folien. Steigerungen des Reflexionsgrades
mit dieser Größe sind
recht wichtig für
Beleuchtungssysteme, bei denen Licht innerhalb des Systems mehrfach
reflektiert wird. Wenn beispielsweise Licht innerhalb des Beleuchtungssystems
zwanzigmal reflektiert wird, würde
die Gesamteffizienz der zwanzig Reflexionen für das alleine verwendete diffus
reflektierende Material (0,956)20 oder 40,7%
oder für
das allein verwendete spiegelnd reflektierende Material (0,920)20 oder 18,9% oder für die Kombination aus reflektierenden
Materialien (0,968)20 oder 52,2% betragen.
In diesem Beispiel ist die Kombination aus diffus und spiegelnd
reflektierenden Materialien 28% effizienter als das alleine verwendete
diffus reflektierende Material und 176% effizienter als das alleine
verwendete spiegelnd reflektierende Material.
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Beispiel 2
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Bei
diesem Beispiel wurde die Effizienz einer im Handel erhältlichen
Leuchtstoffaperturlampe mit einer internen Apertur (unter Verwendung
der in 2 schematisch gezeigten Konfiguration des Stands
der Technik) mit einem verbesserten Beleuchtungsquellendesign wie
in der vorliegenden Erfindung beschrieben verglichen.
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Die
im Handel erhältliche
interne Aperturlampe war eine von der Firma LCD Lighting hergestellte
Kaltkathodenleuchtstofflampe mit einem Durchmesser von 3 mm. Diese
Lampe wies eine interne Apertur von 90° auf, durch die Licht überwiegend
von einer Seite der Lampe entweichen konnte. Man beachte, daß eine 90°-Apertur
dem Fall entspricht, wenn die Breite der Apertur etwa 50% der internen
Breite der reflektierenden Schicht beträgt. Die Lampe wurde in einer
integrierenden Kugel angeordnet und die Gesamtlichtabgabe wurde gemessen.
Durch Dividieren der Gesamtlichtabgabe durch die Länge der
Lampe kam man zu einer Abgabe pro Längeneinheit von 4,0 Lumen/Inch.
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Eine
zweite Lampe (mit der gleichen Länge
wie die vorausgehende Aperturlampe) wurde von der Firma LCD Lighting
erhalten, und sie enthielt keine interne Apertur, aber die gleichen
technischen Eigenschaften (3 mm Durchmesser und die gleichen Leuchtstoff-
und Gasfüllungszusammensetzungen)
wie die vorausgegangene Aperturlampe. Diese Lampe wurde mit Ausnahme
einer linearen Öffnung
von 90°,
die das Entweichen des Lichts gestattete, mit einer Kombination
aus diffus und spiegelnd reflektierenden Materialien straff umwickelt.
In diesem Fall befand sich die Kombination aus diffus und spiegelnd
reflektierenden Materialien auf der Außenseite des Glaskolbens der
eine lineare externe Öffnung
bildenden Lampe. Die Kombination aus diffus und spiegelnd reflektierenden
Materialien wurde aus einer 0,25 mm (0,010 Inch) dicken Folie aus
FuronTM hergestellt, einem von der Firma
Fluorglas bezogenen diffus reflektierenden Polytetrafluorethylen-Material, und
wurde mit einer Schicht aus von der Firma 3M bezogenem spiegelnd
reflektierendem Material SilverluxTM hinterlegt.
Die reflektierenden Materialien wurden festgehalten, indem die Lampe
und die reflektierenden Materialien mit einem transparenten Schrumpfschlauch
aus Kunststoff umgeben und dann der Schrumpfschlauch erwärmt wurde,
bis er die reflektierenden Materialien straff auf die Außenfläche der
Lampe zusammendrückte. Die
Beleuchtungsquelle wurde in einer integrierenden Kugel angeordnet
und die Gesamtlichtabgabe wurde gemessen. Durch Dividieren der Länge der
Lampe zum Umwandeln in Lumen/Inch erhielt man eine Abgabe von 6,8
Lumen/Inch, was im Vergleich zu der internen Aperturlampe eine Effizienzverbesserung
von 70° darstellt.
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Beispiel 3
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Die
beiden Beleuchtungsquellen von Beispiel 2, die interne 90°-Aperturlampe
der Firma LCD Lighting und die verbesserte lineare Beleuchtungsquelle
der vorliegenden Erfindung wurden jeweils dazu verwendet, eine 4
mm von den Lampen entfernte Oberfläche zu beleuchten. Die Bestrahlungsstärke (in
Einheiten von mW/cm2) wurde für beide
Quellen gemessen. Bei dem Abstand vor 4 mm betrug die Bestrahlungsstärke von der
standardmäßigen internen
Aperturlampe 3,4 mW/cm2. Die Bestrahlungsstärke von
der verbesserten Beleuchtungsquelle der vorliegenden Erfindung betrug
5,6 mW/cm2, eine Verbesserung um 65%.
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Beispiel 4
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Eine
lineare Beleuchtungsquelle wurde unter Verwendung der in 4 schematisch
gezeigten Konfiguration konstruiert und mit einer linearen Beleuchtungsquelle
verglichen, die mit der in 10 schematisch gezeigten
Konfiguration konstruiert wurde und eine externe Linse enthält. In beiden
Fällen
war die Lichtquelle eine von der Firma Harrison hergestellte Kaltkathodenleuchtstofflampe
mit einem Außendurchmesser
von 2,6 mm und einer Länge
von 268 mm. Die Lampe wurde von einem Wechselrichter mit einer Wechselrichtereingangsleistung
von etwa 3,7 Watt angesteuert. Die Lichtabgabe der nackten Lampe
wurde mit einer kalibrierten integrierenden Kugel als 123 Lumen
gemessen. Eine externe reflektierende Umhüllung umgab die Lampe mit Ausnahme
einer linearen Öffnung,
deren Breite eingestellt werden konnte. Die externe reflektierende
Umhüllung
wurde aus zwei Stücken
SpectralonTM (von der Firma Labsphere Inc.)
konstruiert. SpectralonTM ist ein diffus
reflektierender Festkörper,
dessen Reflexionsgrad von der Dicke des Materials abhängt. Für 555 nm-Licht weist
ein Abschnitt von SpectralonTM, der 3 mm
dick ist, einen Reflexionsgrad von 97,2% auf. Zwei Stücke reflektierenden
Materials wurden derart bearbeitet, daß die Umhüllung eine ovale Form aufwies.
Die größte innere
Breite der ovalen Umhüllung
betrug etwa 7,0 mm und eine kleinste innere Breite der ovalen Umhüllung betrug
etwa 4,6 mm. Eine lineare Öffnung
in einer Seite der Umhüllung
wurde so eingestellt, daß sie
eine gleichförmige
Breite von 1,15 mm aufwies. Man beachte, daß die Öffnungsbreite, wenn die Breite
der linearen Öffnung
1,15 mm betrug, nur etwa 16% der größten inneren Breite der Umhüllung und
etwa 44% der Breite der Lampe beträgt. Für den Fall des linearen Beleuchtungssystems
wurde entweder eine Stablinse mit einem Durchmesser von etwa 3,18
mm oder eine plankonkave Zylinderlinse außerhalb der Umhüllung und
etwa 3,5 mm vom ovalen Hohlraum in der externen reflektierenden
Umhüllung
angeordnet. Bei allen drei Fällen
(d. h. keine Linse, eine Stablinse oder eine plankonvexe Zylinderlinse)
wurde die Bestrahlungsstärke
(in mW/cm2) des linearen Beleuchtungssystems
mit einem Detektor mit einem Durchmesser von 1 mm in einem Abstand von
7 mm von der Stablinse aus gemessen. Innerhalb des Abstands von
7 mm befand sich eine 3 mm dicke Glasplatte, die die optische Anordnung
simulierte, die in der Regel in einem Flachbettdokumentenscanner
angetroffen wird. Der Detektor wurde über einen Bereich von etwa
30 mm von Seite zu Seite bewegt, um die Form der Bestrahlungsstärkenverteilung
senkrecht zur Längsachse
des linearen Beleuchtungssystems abzubilden. Die Ergebnisse sind
in 15 gezeigt. Bei der linearen Beleuchtungsquelle
ohne Linse betrug die sich ergebende Spitzenbestrahlungsstärke etwa
7,3 mW/cm2. Durch Anordnen einer plankonvexen
Zylinderlinse an der linearen Öffnung
der Beleuchtungsquelle wurde die Spitzenbestrahlungsstärke auf
etwa 14 mW/cm2 erhöht. Das Ersetzen der Zylinderlinse
gegen eine Stablinse führte
zu einer Spitzenbestrahlungsstärke
von etwa 15 mW/cm2. Der Einsatz der Linse,
ob Stablinse oder plankonvexe Zylinderlinse, führt zu einer starken Verbesserung
der Spitzenbestrahlungsstärke.
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Beispiel 5
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Ein
lineares Beleuchtungssystem wurde mit der in 10 schematisch
gezeigten Konfiguration konstruiert und enthielt eine Lichtquelle,
eine externe reflektierende Umhüllung
und eine externe Linse. Die Lichtquelle war eine von der Firma Harrison
hergestellte Kaltkathodenleuchtstofflampe mit einem Außendurchmesser
von 2,6 mm und einer Länge
von 268 mm. Die Lampe wurde von einem Wechselrichter mit einer Wechselrichtereingangsleistung
von etwa 3,7 Watt angesteuert. Die Lichtabgabe der nackten Lampe
wurde mit einer kalibrierten integrierenden Kugel als 123 Lumen
gemessen. Ein externe reflektierende Umhüllung umgab die Lampe mit Ausnahme
eines linearen Schlitzes, dessen Breite eingestellt werden konnte.
Die externe reflektierende Umhüllung
wurde aus zwei Stücken
SpectralonTM (von der Firma Labsphere Inc.)
konstruiert. SpectralonTM ist ein diffus
reflektierender Festkörper,
dessen Reflexionsgrad von der Dicke des Materials abhängt. Für 555 nm-Licht
weist ein Abschnitt von SpectralonTM, der
3 mm dick ist, einen Reflexionsgrad von 97,2% auf. Zwei Stücke reflektierenden
Materials wurden derart bearbeitet, daß die Umhüllung eine ovale Form aufwies. Die
größte innere
Breite der ovalen Umhüllung
betrug etwa 7,0 mm und eine kleinste innere Breite der ovalen Umhüllung betrug
etwa 4,6 mm. Eine lineare Öffnung
in einer Seite der Umhüllung
wurde so eingestellt, daß sie
eine gleichförmige
Breite im Bereich zwischen 1,15 mm und 2,35 mm aufwies. Man beachte,
daß die Öffnungsbreite,
wenn die Breite der linearen Öffnung
2,35 mm beträgt,
kleiner ist als die Breite (2,6 mm) der Leuchtstofflampe und nur
etwa 35% der größten inneren
Breite der Umhüllung
beträgt.
Wenn die Breite der linearen Öffnung
1,15 mm beträgt, beträgt die Öffnungsbreite
nur etwa 16% der größten internen
Breite der Umhüllung
und etwa 44% der Breite der Lampe. Eine zylindrische Stablinse mit
einem Durchmesser von etwa 3,18 mm wurde außerhalb der Umhüllung und
etwa 3,5 mm vom ovalen Hohlraum in der externen reflektierenden
Umhüllung
entfernt angeordnet. Die Bestrahlungsstärke (in mW/cm2)
des linearen Beleuchtungssystems wurde mit einem Detektor mit einem
Durchmesser von 1 mm in einem Abstand von 7 mm von der Stablinse entfernt
gemessen. Innerhalb des Abstands von 7 mm befand sich eine 3 mm
dicke Glasplatte, die die optische Anordnung simulierte, die in
der Regel in einem Flachbettdokumentenscanner angetroffen wird.
Der Detektor wurde über
einen Bereich von etwa 30 mm von Seite zu Seite bewegt, um die Form
der Bestrahlungsstärkenverteilung
senkrecht zur Längsachse
des linearen Beleuchtungssystems abzubilden. Die Ergebnisse sind
in 16 gezeigt. Die schmalste Öffnungsbreite von 1,15 mm wies
die höchste
Spitzenbestrahlungsstärke
(etwa 16 mW/cm2), aber auch die schmalste
Bestrahlungsstärkenverteilung
(eine Halbwertsbreite von etwa 5 mm) auf. Im Gegensatz dazu wies
die größte Öffnungsbreite
(2,35 mm) die niedrigste Spitzenbestrahlungsstärke (etwa 11,5 mW/cm2) und die größte Bestrahlungsstärkenverteilung
(eine Halbwertsbreite von etwa 11 mm) auf. Sowohl für die schmalste
als auch die größte gemessene Öffnungsbreite
sind die Spitzenwerte der Bestrahlungsstärke viel höher als die Bestrahlungsstärke der
gleichen linearen Beleuchtungsquelle ohne die Linse. Die integrierte
Gesamtlichtabgabe des linearen Beleuchtungssystems steht in direkter
Beziehung zu der Öffnungsbreite
und ist für
die breiteste Öffnung
am größten, wie
in 17 gezeigt. Die normierte Spitzenbestrahlungsstärke steht
im umgekehrten Verhältnis
zu der Öffnungsbreite
und ist für
die kleinste Öffnungsbreite
am größten (ebenfalls
in 17 gezeigt).
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Beispiel 6
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Es
wurde eine Versuch durchgeführt,
um, die Abgabeeffizienz einer linearen Beleuchtungsquelle als Funktion
des prozentuellen Reflexionsgrads des reflektierender. Materials
zu messen. Es wurde eine lineare Beleuchtungsquelle konstruiert,
die eine lineare Lichtquelle, eine externe röhrenförmige Umhüllung und eine Schicht aus
reflektierendem Material enthält,
das die Innenfläche
der externen röhrenförmigen Umhüllung mit Ausnahme
einer linearen Öffnung
mit einer festen Breite von 1,5 mm auskleidete. Die lineare Lichtquelle
war eine Kaltkathodenleuchtstofflampe mit einem Durchmesser von
2,6 mm und einer Länge
von 268 mm. Die Lampe wurde mit einem Wechselrichter mit einer Wechselrichtereingangsleistung
von etwa 3,7 Watt angesteuert. Die externe Umhüllung wurde aus einem Acrylrohr
mit einem Innendurchmesser von 6,4 mm konstruiert. Fünf verschiedene
reflektierende Materialien wurden nacheinander in der Umhüllung angeordnet.
Die Materialien waren: Polyethersulfon-Filtermaterial (erhalten von Pall Gelman
Sciences), SpectraflectTM (erhalten von Labsphere),
DuraflectTM (erhalten von Labsphere), SilverluxTM (erhalten von 3M) und PredatorTM (erhalten von Pall Gelman Sciences). Alle
reflektierenden Materialien mit Ausnahme von SilverluxTM waren
diffuse Reflektoren. Die nachstehende Tabelle zeigt die sich ergebenden
Beleuchtungsquelleneffizienzen als Funktion des Reflexionsgrades
des Materials.
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Aus
der Tabelle geht somit hervor, daß kleine Änderungen beim Reflexionsgrad
zu großen Änderungen
der Effizienz der linearen Beleuchtungsquelle führen können.
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Beispiel 7
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Bei
diesem Beispiel wurden zwei Beleuchtungseinrichtungen, die eine
Aperturlampe verwenden, mit zwei verbesserten Beleuchtungseinrichtungen
verglichen, wie sie von der vorliegenden Erfindung gelehrt werden.
Die Einrichtung 1 war eine im Handel erhältliche, von der Firma LCD
Lighting hergestellte Kaltkathoden-Aperturleuchtstofflampe mit einem Durchmesser
von 3 mm. Diese Lampe wies eine interne Apertur von 90° auf, durch
die Licht überwiegend
von einer Seite der Lampe entweichen konnte. Man beachte, daß eine 90°-Apertur
dem Fall entspricht, bei dem die Breite der Apertur etwa 50% der
inneren Breite der reflektierenden Schicht beträgt. Die Einrichtung 2 verwendete
die gleiche Aperturlampe wie Einrichtung 1, fügte aber eine etwa 3,5 mm von
der Lampenapertur entfernt angeordnete Stablinse mit einem Durchmesser
von 3,18 mm hinzu. Sowohl bei Einrichtung 1 als auch bei Einrichtung
2 wurde die Lampe in einer klaren Acrylumhüllung angeordnet, doch wurde
für die
Umhüllung
kein reflektierendes Material verwendet. Die Einrichtungen 3 und
4 sind Beispiele für
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Die Einrichtungen 3 und 4 verwendeten
eine von der Firma LCD Lighting erhaltene zweite Lampe ohne innere
Apertur, aber mit den gleichen technischen Eigenschaften (3 mm Durchmesser
und die gleichen Leuchtstoff- und Gasfüllungszusammensetzungen) wie
die vorausgegangene Aperturlampe. Außerdem wurde für die Einrichtungen
3 und 4 eine externe reflektierende Umhüllung um die Lampe herum angeordnet,
wobei die externe reflektierende Umhüllung eine lineare Öffnung aufwies,
deren Breite auf 1,15 mm eingestellt wurde. Die externe reflektierende
Umhüllung
wurde aus zwei Stücken
SpectralonTM (von der Firma Labsphere Inc.)
konstruiert. SpectralonTM ist ein diffus
reflektierender Festkörper,
dessen Reflexionsgrad von der Dicke des Materials abhängt. Für 555 nm-Licht
weist ein Abschnitt von SpectralonTM, der
3 mm dick ist, einen Reflexionsgrad von 97,2% auf. Zwei Stücke reflektierenden
Materials wurden derart bearbeitet, daß die Umhüllung eine ovale Form aufwies.
Die Größte innere
Breite der ovalen Umhüllung
betrug etwa 7,0 mm und eine kleinste innere Breite der ovalen Umhüllung betrug
etwa 4,6 mm. Für
Einrichtung 4 wurde eine Stablinse mit einem Durchmesser von etwa
3,18 mm etwa 3,5 mm vom ovalen Hohlraum in der externen reflektierenden
Umhüllung
entfernt angeordnet. Einrichtung 3 hatte keine Linse. Die Bestrahlungsstärke (in
mW/cm2) des linearen Beleuchtungssystems
wurde mit einem Detektor mit einem Durchmesser von 1 mm in einem
Abstand von 7 mm von der Stablinse entfernt gemessen. Innerhalb
des Abstands von 7 mm befand sich eine 3 mm dicke Glasplatte, die
die optische Anordnung simulierte, die in der Regel in einem Flachbettdokumentenscanner
angetroffen wird. Der Detektor wurde über einen Bereich von etwa
30 mm von Seite zu Seite bewegt, um die Form der Bestrahlungsstärkenverteilung
senkrecht zur Längsachse
des linearen Beleuchtungssystems abzubilden. Die Ergebnisse sind
in 18 gezeigt. Die Einrichtung 1 (die Aperturlampe
für sich)
wies die schlechteste Spitzenbestrahlungsstärke von etwa 3,0 mW/cm2 auf. Für Einrichtung
2 (die Aperturlampe plus Stablinse) nahm die Spitzenbestrahlungsstärke nur
geringfügig
auf 4,29 mW/cm2 zu. Einrichtung 3 (die Nicht-Aperturlampe,
die mit einer von der vorliegenden Erfindung gelehrten reflektierenden
Umhüllung
verwendet wird) wies eine stark verbesserte Spitzenbestrahlungsstärke von
7,0 mW/cm2 auf. Einrichtung 4 (die Nicht-Aperturlampe,
die mit einer von der vorliegenden Erfindung gelehrten Anordnung
aus reflektierender Umhüllung
und Stablinse verwendet wurde) wies die höchste Spitzerbestrahlungs stärke von
11,6 mW/cm2 auf. Diese Ergebnisse zeigten,
daß eine
Nicht-Aperturlampe, die mit einer externen reflektierenden Umhüllung mit
einer schmalen linearen Öffnung
verwendet wird, eine höhere
gerichtete Bestrahlungsstärke
als eine interne Aperturlampe ergab und daß man durch Hinzufügen eines
zusätzlichen
optischen Elements (in diesem Fall einer Stablinse) die gerichtete
Bestrahlungsstärke
noch weiter verbessern konnte.
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Es
versteht sich, daß die
vorliegende Erfindung auf eine große Vielfalt von Einrichtungen
angewendet werden kann, die lineare Beleuchtungsquellen und lineare
Beleuchtungssysteme erfordern. Zu Beispielen zählen unter anderem: Scanner,
Faxgeräte,
Fotokopierer und Direktbeleuchtungseinrichtungen für Anwendungen im
Handel, im Büro,
im Heimbereich, im Freien, auf dem Kraftfahrzeugsektor und bei Hausgeräten. Die
Erfindungen hierin können
auch auf Displays (z. B. Flachbildschirme) für Anwendungen im Computerbereich,
im Kraftfahrzeugbereich, beim Militär, in der Raumfahrt, im Verbraucherbereich,
im Handel und in der Industrie angewendet werden.
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Wenngleich
die Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, von denen angenommen wird,
daß sie
die bevorzugten sind, erkennt der Fachmann, daß daran andere und weitere
Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich
der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
wird.
