EP1239215A2 - Leuchtkörper zur Beleuchtung von Räumen - Google Patents

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EP1239215A2
EP1239215A2 EP02005485A EP02005485A EP1239215A2 EP 1239215 A2 EP1239215 A2 EP 1239215A2 EP 02005485 A EP02005485 A EP 02005485A EP 02005485 A EP02005485 A EP 02005485A EP 1239215 A2 EP1239215 A2 EP 1239215A2
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EP
European Patent Office
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light
hollow body
wall
scattering
luminous body
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EP02005485A
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English (en)
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EP1239215B1 (de
EP1239215A3 (de
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Christian Bartenbach
Wilfried Pohl
Christian Anselm
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a luminous element for illuminating rooms with a hollow body bounded by a wall, which is used for multiple reflection of light inside is provided with reflective inner surfaces.
  • Luminous elements for illuminating rooms are in one in the state of the art great variety and known in a wide variety of forms.
  • the different Characteristics of light fixtures depend on the type of use. Here one can generally distinguish between luminous bodies, which the punctual Illuminate a specific area. For this genus of lights are as Example a reading lamp or a spotlight for illuminating stages in To lead theaters or the like.
  • Another type of light fixture is used the illumination of rooms as evenly as possible.
  • ceiling washlights, arrangement of fluorescent tubes etc. are often used.
  • the Task of selective illumination of certain limited areas as well as that of evenly illuminating rooms often occurs simultaneously closed rooms. In the prior art, this often has to be solved Different types of lamps used in combination become.
  • the task set is also determined by the Combination of different types of lights not completely solved.
  • Common Problems are further that undesirable with different types of lights Color effects due to a restricted spectrum of the emitted light are caused.
  • a mercury vapor lamp through the one in the Light source present "mercury sump" down through brown light down, while the portion of the light emitted that is not the swamp must penetrate, has a blue color.
  • the object of the invention is therefore to create a generic luminous element, in which the disadvantages mentioned above are eliminated.
  • the inner surfaces of the hollow body have a reflectance of at least 90% and are light-scattering are and in the wall of the hollow body at least one the wall Breakthrough light exit opening is provided.
  • the luminous element has a wall of the hollow body has a light outlet opening.
  • This targeted Light decoupling can be used for concentrated lighting of limited areas, however can also be used for the targeted illumination of rooms.
  • This will overall a significantly improved illumination than with that in the prior art Known hollow body lights achieved, because this only the light via semi-transparent Submit areas.
  • the use of light exit openings according to the invention is only possible with a sufficiently high luminance inside the filament. The high luminance and thus economical operation of such lights a correspondingly high luminaire operating efficiency is only possible through the reflectance according to the invention of the inner surfaces of the hollow body of at least 90% possible.
  • the light-scattering design of the inner surfaces of the hollow body is also achieved on the one hand that light sources or other components not be shown to the outside within the hollow body.
  • the light-scattering effect of the inner surfaces results in that of the filament only pleasantly diffusely scattered light is emitted.
  • Scattering light here not only a perfect direction-independent ideal spread but in generally refers to an expansion of the reflected light beam.
  • Overall is the light-scattering effect according to the invention characterized in that the Luminous light leaving no longer has preferred directions. This can, as stated below, can be achieved through various measures.
  • the effective reflectance of the inner surfaces is determined by it diminishes. This leads to a reduction in the luminance inside the Luminous body or the hollow body. It is therefore favorable that the ratio of the Inner surface of the wall of the hollow body to the sum of all surfaces of all openings, preferably all light exit openings, larger than in the wall of the hollow body 5: 1, preferably greater than 10: 1.
  • a ratio of the area of the wall of the hollow body to Sum of all areas of all openings in the wall of the hollow body greater than 20: 1 or greater than 30: 1 or preferably even greater than 40: 1.
  • a luminous element can only be operated sensibly if its efficiency Eta is above a certain minimum value.
  • the efficiency Eta depends on the inner surface of the wall, the sum of all surfaces of all openings and on the reflectance of the inner surfaces.
  • the efficiency Eta is generally defined as the ratio of the luminous flux that exits the hollow body through A1 to the luminous flux of the supplying light sources. It is practical to provide in many embodiments of luminous bodies that the area of the light exit opening (s) is kept as small as possible, since this simplifies further light control of the light flux emitted through the light exit openings by appropriate optics. This is the case, for example, if further light-directing reflectors are to be used. From the formula given above for the efficiency Eta, it follows, for example, that if an efficiency of 65% is to be achieved with the good reflectivities of approximately 85% known in the prior art, the area ratio f should be more than 32%.
  • the area ratio f has a value of 9.7%, which in turn means that the area of the light exit openings can be kept considerably smaller thanks to the high reflectance without loss of efficiency in Purchase would have to be taken. With correspondingly higher degrees of reflection, correspondingly smaller light exit openings can be used with constant efficiency.
  • a preferred embodiment of the luminous element according to the invention provides that in the filament at least one light inlet opening preferably to the inlet of daylight and / or sunlight and / or at least one artificial light source is arranged.
  • the hollow body with a diffusely reflecting inner surface can also be a or have several light entry opening (s) to alternatively or additionally to one integrated light source natural or artificial light from the outside through the Feed openings into the hollow body. Due to the multiple reflection of the light the inner surfaces of the hollow body is the position of the light inlet opening or Artificial light source in the hollow body of the filament regardless of the Luminous element total emitted luminous effect. This enables a very large one Freedom in the design of the shape of the light body.
  • the light distribution emerging from the light exit opening is always diffusely scattered and regardless of the light distribution of the light source located in the hollow body and regardless of the light distribution of those flowing in through the inlet opening Is light source.
  • the proportion can be controlled accordingly artificial light an almost uniform intensity of that of the filament emitted light with the maximum possible proportion of sunlight over the entire Daily routine can be maintained indoors.
  • a preferred embodiment provides that two or more in the filament Light sources or light inlet openings, preferably for the admission of daylight and / or sunlight are arranged, the multiple reflection at the highly reflective inner surfaces the light introduced into the hollow body, preferably practically completely, mixes. This is how light in different colors becomes, whether it is now from one or different light sources in the hollow body of the Luminous body is irradiated in the manner by multiple reflections of the light the inner surfaces of the hollow body mixed so that it is always the light exit surfaces Mixed light, preferably white light, leaves. So daylight with artificial light or different colored light from different light sources in the hollow body of the Luminous body can be mixed specifically.
  • the luminous element Due to the light mixing effect of the luminous element according to the invention, it can also be designed such that at least one light source is provided, which in different spatial directions different colored light with different Spectral distribution emits, whereby the multiple reflection of the light at the highly reflective inner surface of the hollow body the light of different spectral Light distribution or color distribution - preferably to white light - mixes.
  • two or more light sources are provided are the light with different spectral light distribution or different Radiate color content, whereby the multiple reflection of light at the highly reflective inner surface of the hollow body the light of different spectral Distribution - preferably to white light - mixes.
  • an embodiment of the Luminous body can also be used, the directional dependence of the intensity of light, which is caused by the emission characteristics of a light source, to eliminate.
  • a preferred embodiment provides that at least one Light source is provided which has light in different spatial directions emits different intensities, whereby the multiple reflection of the light at the highly reflective inner surface of the hollow body causes the intensity of the from the luminous element - preferably via at least one light exit opening - emitted light is completely independent of direction.
  • the leveling of the intensity achieved by the multiple reflection, the direction and the color content of the light emitted by the light source Light is especially for the use of different colored dots and linear light sources or different colored high pressure discharge lamps Cheap.
  • the leveling effect can also be achieved when using several semiconductor light sources (e.g. LEDs) can be used.
  • the highly reflective properties of the inner surface of the invention Hollow bodies can, as already mentioned above, by various measures can be achieved.
  • a preferred variant provides that the light-scattering highly reflective inner surfaces, at least in some areas, preferably completely, have a light-scattering, preferably white, film.
  • a white film can e.g. made of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the light-scattering, highly reflective inner surfaces at least in some areas, preferably complete, a light scattering roughened, matted or etched Have surface.
  • the light-scattering highly reflective inner surfaces at least partially completely preferably one - preferably made of knobs, Multiple edging, creasing or other straight or crooked bumps-light-scattering macroscopic surface structure.
  • the macroscopic surface structure of shiny or high-gloss material.
  • a high-gloss film or a high-gloss reflector plate the surface of which nubbed, grooved, multiple edged or the like is used. In this way, too, can reflectivities of the inner surfaces of the hollow body greater than 95% or 98% can be achieved. All these different variants of the Formation of the highly reflective light-scattering inner surfaces is, however together, that ultimately the lamp through the light exit opening leaving light is pleasantly diffused.
  • a particularly preferred embodiment provides that at least one light-directing, preferably parabolically shaped, mirror optics or another Light guiding device arranged in the region of the light exit opening of the luminous element is and the emerging light limited angularly.
  • panels can also be used be provided inside the hollow body, these diaphragms providing a direct view prevent the light source or the light inlet opening in the hollow body.
  • a preferred embodiment of the luminous element according to the invention provides that it has a preferably diffusely scattering, for the non-reflected light component in the has substantially translucent wall. This makes one special uniform and pleasant illumination of a room. Through the through the high reflectance generated, highly concentrated luminance within the The very small cavity of the filament does not reach the inner surface of the Hollow body reflected but diffusely scattered transmitted through the wall Light component for uniform lighting that is pleasant for the human eye of a room. Through the transmission of the non-reflecting residual light the wall thus increases the efficiency of the filament, since almost all the light, however injected, leaves the filament as useful light.
  • the wall or the luminous element contains as little light energy as possible Form of heat absorbed. This is especially true for those outside of the visible Range lying spectral ranges of the light, in particular for the infrared Wavelength range.
  • the low heat absorption can be achieved by a high transmittance. Above all, there is good transmission of the infrared wavelength ranges of light in the foreground. So is the use of interior surfaces with a reflectance of at least 90% for visible ones Light components and a degree of reflection of only approx. 20% for the infrared range very cheap.
  • cooling fins or the like can also be used Hollow body may be provided. Another one looks to prevent burns Variant of thermal contact protection e.g. in the form of grids, plastic ribs or the like.
  • a preferred embodiment provides that the filament preferably cuboid hollow body, which with a highly reflective film is lined, wherein at least one lamp or at least in the hollow body a light entry opening, - preferably for daylight and / or sunlight - and at least one diaphragm is arranged, the direct radiation component being masked out is. This makes dazzling people otherwise very pleasant targeted light distribution prevented.
  • Fig. 1 shows a simple light bulb, in the direction of the socket of the light bulb none Light is emitted.
  • This is a schematic example of light sources in usually a directional dependence in the emitted intensity of the light exhibit. In Fig. 2, this is based on a located in a filament 2
  • Light source 1 clarifies.
  • the light source 1 in Fig. 2 emits in different Directions light with different intensity. This ultimately results in that in the angular range perpendicularly under the light source 1 or the light exit opening 3 of the Luminous body 2 light is emitted with a relatively high intensity.
  • This is illustrated schematically by the light beam 4.
  • the Intensity of the emitted light with increasing angle against the through Beam 4 shows the vertical direction of radiation. This will increase the light intensity the sides less. This laterally emitted light of lower intensity exemplified by rays 5 and 6.
  • FIG. 3 a schematic representation of a filament with a discharge lamp shown.
  • a lamp sump 9 forms on the bottom of a discharge lamp 8 changes the spectral content (color) of the light passing through it.
  • the light generated by the gas discharge lamp is passed through the Filtered lamp sump 9 such that it is the gas discharge lamp as a brown light leaves towards the bottom.
  • Beam 10 shown in Fig. 3.
  • the beam path 11 does not lead through the lamp sump and the light running on its way is therefore not filtered through the lamp sump. It leaves on its way through a reflection on Reflector 7 the gas discharge lamp as blue light.
  • the overall lighting effect of one Such a luminous element is thus characterized in that 12 Annoying color spots exist, since the plane of use 12 also has areas different colored light is illuminated.
  • the Light emitted by the light source 13 becomes highly reflective on the light-scattering trained inner surface 14 of the hollow body 15 reflected several times before a part of light through the light exit opening 16 leaves the filament.
  • the light-scattering highly reflective properties of the inner surfaces 14 can in all Embodiments e.g. through suitable coats, macroscopic Surface structures or the gluing of suitable foils can be achieved.
  • Such foils can e.g. from polytetraethylene foils or from multilayer polymeric films with an outer layer of polyethylene naphthalate (PEN) be formed.
  • the aperture 18 prevents that light directly from the lamp 13 through the light exit opening 16 Can leave filament. This prevents a person from directly light emitted by the light source is dazzled. That through the Light exit opening 16 is the light leaving the filament before leaving the Luminous body multiple light scattering on the highly reflective inner surface 14 has been reflected and is therefore a completely directional, spectral completely mixed, pleasant diffuse light.
  • the Space through the light exit opening 16 can also diffuse light from the filament through the wall of the hollow body 15 when the wall of the Hollow body 15 is designed to be translucent. It should be noted that despite the high reflectance of the inner surface 14 of the hollow body 15 one for the Illumination of a room sufficient amount of light by the highly reflective Inner surface and the wall of the hollow body 15 can be transmitted since one with a suitable wall whose absorption is negligible and others due to the multiple reflection such a high luminance in the interior 19 of the hollow body is generated that the small percentage of the transmitted Low light is still sufficient to pleasantly illuminate rooms.
  • the Ratio between that emerging through the wall 15 of the filament Light and the amount of light emerging through the light exit opening 16 essentially by the ratio of the area of the light exit opening 16 and the total area of the highly reflective inner wall 14 of the hollow body 15 determined and can be adapted to the respective need. So it's one precise control between the proportions of general room lighting with pleasant diffuse light and the concentrated illumination of limited areas possible.
  • a corresponding design of the luminous element according to the invention can limit glare in all spatial directions for angular ranges above 65 ° to the vertical to less than 1000 cd / m 2 for office workplaces.
  • Fig. 5 shows a variant with two light sources 13, in which the hollow body 15 one overall oval cross-sectional shape and an integrated in the wall Has mirror grid optics 17.
  • Fig. 6 shows schematically a variant with several Light exit openings 16.
  • Fig. 7 shows an embodiment according to the invention, in which parallel sunlight enters the interior 19 of the hollow body 15 through a light entry opening 20.
  • the incoming sunlight in a completely directional diffuse light transforms and then occurs out of the light exit opening 16.
  • the wall 15 of the Hollow body can be designed to be translucent, which means that part of the light can pass through the wall 15 of the luminous body is transported and as diffusely scattered light is delivered.
  • a mirror raster optics 17 adapted to the respective need become.
  • the aperture 18 in turn prevents that through the light entry opening 20th Sunlight entering the lamp directly through the light exit opening 16 leaves again before it is repeatedly reflected on the inner walls 14.
  • the transport of sunlight to the filament can, as in the prior art known, in a channel made of fully reflecting prisms or in optical fibers respectively.
  • highly reflective mirror materials are also possible.
  • the luminous element is optically connected to a heliostat via a light guide, which guides the sunlight through the light guide into the filament.
  • the heliostat consists essentially of an arrangement according to the prior art of mirrors, the alignment of which is adjusted to the course of the sun, so that as long as possible the optimal amount of light is coupled into the light pipe.
  • an additional artificial light source 13 is attached.
  • This combination of at least one Light entry opening and at least one additional light source is said to be the schematic A multitude of possible combinations between artificial and natural light or different artificial light sources with different radiation characteristics and the emitted radiation distributions of light.
  • Fig. 8 is a variant for exploiting the mixing effect of the Multiple reflection of the incident light in the hollow body of the invention Luminous body clarified.
  • Light sources e.g. different colored LEDs
  • FIG. 9 shows an embodiment variant in which a fluorescent tube is used as the light source 13 is arranged in the hollow body.
  • 10 schematically shows a variant in which the light-scattering effect of the inner surfaces 14 of the hollow body by a macroscopic surface structure is achieved.
  • the Internal surfaces can even be made glossy because of the light-scattering effect Surface structure is achieved.
  • the use of the highly reflective according to the invention results Inner surfaces of the hollow body that the light ultimately emitted by the hollow body regardless of the actual shape of the hollow body and thus the luminous body is almost completely diffuse and independent of direction. This means one great freedom in the design of the filament, without its lighting effect would be adversely affected. It is generally favorable that the ratio between the surface of the hollow body and the enclosed volume of the Hollow body not twice this ratio for a sphere with the same Volume exceeds. As a further dimensioning guideline can also be taken into account that the maximum diagonal dimension is not greater than that Is three times the minimum diagonal dimension. With elypsoid-shaped or spherical hollow bodies generally have a particularly high efficiency reached.
  • Other cheap shapes are composed of planes Surface segments or from cylindrical rolled surface segments and / or cone-shaped rolled surface segments. These forms are beneficial as they simply from a film material by rolling, edging and joining can be produced.
  • Other inexpensive shapes are essentially convex Polyhedra, e.g. regular polyhedra (tetrahedron, octahedron, decahedron and Icosahedra) and distorted regular polyhedra (e.g. cuboids and general pyramids). These embodiments have the advantage that they consist of a few levels Surface segments exist and are therefore also easy to manufacture can.
  • the type of light exit from the light exit opening 16 can be influenced by different types of light directing device.
  • Fig. 11 and 12 show, as a variant, different mirror optics 17.
  • FIG. 13 shown variant is used to influence the emerging light in essentially plate-shaped transparent body with schematically defractive Structures such as Prisms, truncated pyramids or totally reflective Cavities with possibly partially reflective surface coatings used.
  • the refractive structures 21 have the advantage that they are flat and small can be designed and have hardly any absorption losses.
  • the in the Light components reflected back from the cavity emerge again from the cavity, after being repeatedly reflected on the various inner surfaces.
  • This in 14 shows an embodiment essentially plate-shaped body with schematically drawn optical Diffraction structures.
  • holographic or optical elements defractive optical elements or as computer-generated diffraction structures as so-called “Kinoforms” or “binary optics” known.
  • defractive structures the same benefits as refractive structures 21. They can also be very inexpensive reproduced and produced.

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Abstract

Leuchtkörper zur Beleuchtung von Räumen mit einem von einer Wandung (15) begrenzten Hohlkörper, der zur Mehrfachreflexion von Licht im Inneren (19) mit reflektierenden Innenflächen (14) versehen ist, wobei die Innenflächen (14) des Hohlkörpers einen Reflexionsgrad von mindestens 90 % aufweisen und lichtstreuend ausgebildet sind und in der Wandung (15) des Hohlkörpers mindestens eine die Wandung (15) durchbrechende Lichtaustrittsöffnung (16) vorgesehen ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leuchtkörper zur Beleuchtung von Räumen mit einem von einer Wandung begrenzten Hohlkörper, der zur Mehrfachreflexion von Licht im Inneren mit reflektierenden Innenflächen versehen ist.
Leuchtkörper zur Beleuchtung von Räumen sind beim Stand der Technik in einer großen Vielfalt und mit unterschiedlichsten Ausprägungen bekannt. Die verschiedenen Ausprägungen von Leuchtkörpern richten sich nach der Art ihrer Verwendung. Hier kann man generell zwischen Leuchtkörpern unterscheiden, welche dem punktuellen Beleuchten einer bestimmten Fläche dienen. Für diese Gattung von Leuchten sind als Beispiel eine Leselampe oder ein Spotlicht für die Ausleuchtung von Bühnen in Theatern oder dergleichen anzuführen. Eine andere Gattung von Leuchtkörpern dient der möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung von Räumlichkeiten. Für diesen Zweck werden oft Deckenfluter, Anordnung von Leuchtstoffröhren usw. angewendet. Die Aufgabenstellung der punktuellen Ausleuchtung von bestimmten begrenzten Flächen wie auch die der gleichmäßigen Ausleuchtung von Räumen tritt oft gleichzeitig in geschlossenen Räumen auf. Beim Stand der Technik müssen häufig zur Lösung dieser Aufgabenstellungen verschiedenartige Leuchtkörper in Kombination eingesetzt werden. Oftmals wird die gesetzte Aufgabenstellung jedoch auch durch die Kombination von verschiedenartigen Leuchten nicht vollständig gelöst. Häufige Probleme sind des weiteren, daß bei verschiedenen Leuchtentypen unerwünschte Farbeffekte durch ein eingeschränktes Spektrum des ausgesandten Lichts hervorgerufen werden. So gibt z.B. eine Quecksilberdampflampe durch den in der Lichtquelle unten vorhandenen "Quecksilbersumpf" hindurch nach unten braunes Licht ab, während der Anteil des abgestrahlten Lichts, welches nicht den Sumpf durchdringen muß, eine blaue Färbung hat. Des weiteren werden Personen in den auszuleuchtenden Räumen teilweise durch die beim Stand der Technik verwendeten Leuchtkörper geblendet. Durch die Lampenbauform (Fassung, Sockel, Quetschung...) wie auch die Eigenschaften der verwendeten Lichtquellen wird bei gängigen Leuchtkörpern nach dem Stand der Technik in unterschiedliche Raumrichtungen unterschiedlich viel Licht (Intensität) abgestrahlt, wodurch mit gängigen Reflektoren eine gleichmäßige Verteilung kaum erreicht werden kann. Anders herum ist durch die gegebene Aufgabenstellung einer spezifischen Leuchte oft die äußere Form der Leuchte weitgehend vorgegeben, was eine starke Einschränkung beim Design einer Leuchte bedeutet.
Aus den Schriften DE 4 439 507 A1 und US 4,459,642 A sind Leuchtkörper mit Hohlkörpern bekannt, bei denen die Hohlkörper reflektierende Innenflächen aufweisen. In die in diesen Schriften gezeigten Leuchtkörper wird sowohl Sonnenlicht als auch künstliches Licht eingestrahlt. In dem Hohlkörper findet eine Nivellierung oder Mischung des von den verschiedenen Lichtquellen eingestrahlten Lichtes statt. Diese Nivellierung basiert auf einer Vielfachreflexion des in den Hohlkörper eingestrahlten Lichtes, an dessen reflektierenden Innenflächen. Die Lichtabgabe aus dem Leuchtkörper erfolgt bei der US 4,459,642 A über semi-transparente Bereiche in der Wandung des Hohlkörpers und in der DE 4 439 507 A1 über sogenannte Lichtaustrittssysteme, in denen das Licht ebenfalls über semi-transparente Bereiche austreten kann. Alle in diesen Schriften gezeigten Leuchtkörper haben den Nachteil, daß sie zwar zur gleichmäßigen und ausreichend hellen Raumausleuchtung nicht aber zur gezielten Beleuchtung begrenzter Teilräume mit erhöhtem Lichtbedarf wie z.B. zur Ausleuchtung von Arbeitsplätzen verwendet werden können. Hierzu reicht bei den beim Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Leuchtkörpern die in den jeweiligen Hohlkörpern erzeugte Leuchtdichte nicht aus.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen gattungsgemäßen Leuchtkörper zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile beseitigt sind.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Innenflächen des Hohlkörpers einen Reflexionsgrad von mindestens 90 % aufweisen und lichtstreuend ausgebildet sind und in der Wandung des Hohlkörpers mindestens eine die Wandung durchbrechende Lichtaustrittsöffnung vorgesehen ist.
Im Gegensatz zu den gattungsgemäßen beim Stand der Technik bekannten Leuchten ist es somit erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Leuchtkörper eine die Wandung des Hohlkörpers durchbrechende Lichtaustrittsöffnung aufweist. Diese gezielte Lichtauskopplung kann zur konzentrierten Beleuchtung von begrenzten Flächen, aber auch zur gezielten Ausleuchtung von Räumen verwendet werden. Hierbei wird insgesamt eine deutlich verbesserte Ausleuchtung als mit den beim Stand der Technik bekannten Hohlkörperleuchten erreicht, da diese das Licht nur über semi-transparente Bereiche abgeben. Die Anwendung von erfindungsgemäßen Lichtaustrittsöffnungen ist erst durch eine ausreichend hohe Leuchtdichte im Inneren des Leuchtkörpers möglich. Die hohe Leuchtdichte und damit ein wirtschaftlicher Betrieb solcher Leuchten mit einem entsprechenden hohen Leuchtenbetriebswirkungsgrad ist erst durch den erfindungsgemäßen Reflexionsgrad der Innenflächen des Hohlkörpers von mindestens 90 % möglich. Durch die lichtstreuende Ausbildung der Innenflächen des Hohlkörpers wird darüber hinaus zum einen erreicht, daß Lichtquellen oder andere Bauteile innerhalb des Hohlkörpers nicht nach außen abgebildet werden. Zum anderen resultiert die lichtstreuende Wirkung der Innenflächen darin, daß vom Leuchtkörper nur angenehm diffus gestreutes Licht abgestrahlt wird. Unter lichtstreuend wird hierbei nicht nur eine vollkommen richtungsunabhängige ideale Streuung sondern im allgemeinen eine Aufweitung des reflektierten Lichtstrahls bezeichnet. Insgesamt ist die erfindungsgemäße lichtstreuende Wirkung dadurch charakterisiert, daß das den Leuchtkörper verlassende Licht keine Vorzugsrichtungen mehr aufweist. Dies kann, wie weiter unten angeführt, durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden.
Die Leuchtdichte in einem Hohlkörper mit einer weitgehend geschlossenen Innenfläche steigt mit wachsendem Reflexionsgrad von einer Leuchtdichte = 0 bei einem Reflexionsgrad = 0 % theoretisch bis zu einer unendlich großen Leuchtdichte bei einem Reflexionsgrad der Innenflächen von 100 % an. Daher weisen die Innenflächen des Hohlkörpers in bevorzugten Ausführungsformen einen Reflexionsgrad größer als 95 % bzw. 97 % oder größer als 98 % bzw. 99 % auf. Hierbei gilt, daß der oben geschilderte erfindungsgemäße Effekt umso besser ausgenützt werden kann je näher der Reflexionsgrad der Innenfläche des Hohlkörpers sich den 100 % nähert.
Da alle Öffnungen im Hohlkörper des Leuchtkörpers nicht oder nur gering reflektierende Flächen sind, wird der effektive Reflexionsgrad der Innenflächen durch sie vermindert. Dies führt zu einer Verminderung der Leuchtdichte im Inneren des Leuchtkörpers bzw. des Hohlkörpers. Daher ist es günstig, daß das Verhältnis der Innenfläche der Wandung des Hohlkörpers zur Summe aller Flächen aller Öffnungen, vorzugsweise aller Lichtaustrittsöffnungen, in der Wandung des Hohlkörpers größer als 5:1, vorzugsweise größer als 10:1, ist. Je nach Aufgabenstellung des Leuchtkörpers ist günstigerweise auch ein Verhältnis der Fläche der Wandung des Hohlkörpers zur Summe aller Flächen aller Öffnungen in der Wandung des Hohlkörpers größer als 20 : 1 bzw. größer als 30 : 1 oder vorzugsweise sogar größer als 40 : 1 anzustreben.
Insgesamt ist ein Leuchtkörper nur dann sinnvoll betreibbar, wenn sein Wirkungsgrad Eta oberhalb eines gewissen Mindestwertes liegt. Hierbei hängt der Wirkungsgrad Eta von der Innenfläche der Wandung der Summe aller Flächen aller Öffnungen und vom Reflexionsgrad der Innenflächen ab. In einer günstigen Ausführungsvariante ist daher vorgesehen, daß sich aus der Innenfläche A0 der Wandung des Hohlkörpers, der Summe A1 aller Flächen aller Öffnungen in der Wandung und aus dem Reflexionsgrad Rho bei der Berechnung des Wirkungsgrades Eta nach der Formel Eta = Rho x f / (1 - Rho (1 - f)) ein Wirkungsgrad Eta von mindestens 40 %, vorzugsweise von mindestens 65 %, ergibt, wobei f = A1 / (A1 + A0) ist. Der Wirkungsgrad Eta ist hierbei im allgemeinen als Verhältnis des Lichtstroms, welcher durch A1 aus dem Hohlkörper austritt zu dem Lichtstrom der speisenden Lichtquellen definiert. Praktischerweise ist in vielen Ausführungsformen von Leuchtkörpern vorzusehen, daß die Fläche der Lichtaustrittsöffnung(en) möglichst klein gehalten wird, da hierdurch eine weiterführende Lichtlenkung des durch die Lichtaustrittsöffnungen abgegebenen Lichtstroms durch eine entsprechende Optik vereinfacht ist. Dies ist z.B. der Fall, wenn weiterführende lichtlenkende Reflektoren verwendet werden sollen. Aus der oben angegebenen Formel für den Wirkungsgrad Eta ergibt sich z.B. daß, wenn ein Wirkungsgrad von 65 % mit den beim Stand der Technik bekannten guten Reflexionsgraden von ca. 85 % erreicht werden soll, das Flächenverhältnis f mehr als 32 % betragen müßte. Verwendet man jedoch einen hohen Reflexionsgrad von z.B. 95 % so ergibt sich für das Flächenverhältnis f ein Wert von 9,7 %, was wiederum bedeutet, daß die Fläche der Lichtaustrittsöffnungen dank des hohen Reflexionsgrades wesentlich kleiner gehalten werden kann, ohne daß Einbußen beim Wirkungsgrad in Kauf genommen werden müßten. Bei entsprechend höheren Reflexionsgraden können noch entsprechend kleinere Lichtaustrittsöffnungen bei gleichbleibendem Wirkungsgrad verwendet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtkörpers sieht vor, daß im Leuchtkörper mindestens eine Lichteinlaßöffnung vorzugsweise zum Einlaß von Tageslicht und/oder Sonnenlicht und/oder mindestens eine künstliche Lichtquelle angeordnet ist. Der Hohlkörper mit diffus reflektierender Innenfläche kann auch ein oder mehrere Lichteintrittsöffnung(en) aufweisen, um alternativ oder zusätzlich zu einer integrierten Lichtquelle natürliches oder künstliches Licht von außen durch die Öffnungen in den Hohlkörper einzuspeisen. Durch die Vielfachreflexion des Lichts an den Innenflächen des Hohlkörpers ist die Lage der Lichteintrittsöffnung oder der künstlichen Lichtquelle im Hohlkörper des Leuchtkörpers unabhängig von der vom Leuchtkörper insgesamt abgestrahlten Leuchtwirkung. Dies ermöglicht eine sehr große Freiheit in der Gestaltung der Form des Leuchtkörpers. Darüber hinaus wird garantiert, daß die aus der Lichtaustrittsöffnung austretende Lichtverteilung stets diffus gestreut und unabhängig von der Lichtverteilung der im Hohlkörper befindlichen Lichtquelle und unabhängig von der Lichtverteilung der durch die Eintrittsöffnung einströmenden Lichtquelle ist. Wenn sowohl natürliches als auch künstliches Licht in den Hohlkörper eingestrahlt wird, so kann durch eine entsprechende Steuerung des Anteils an künstlichem Licht eine nahezu gleichmäßige Intensität des vom Leuchtkörper abgestrahlten Lichts bei maximal möglichem Sonnenlichtanteil über den gesamten Tagesablauf hinweg in Innenräumen aufrecht erhalten werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß im Leuchtkörper zwei oder mehrere Lichtquellen oder Lichteinlaßöffnungen, vorzugsweise zum Einlaß von Tageslicht und/oder Sonnenlicht angeordnet sind, wobei die Mehrfachreflexion an den hochreflektierenden Innenflächen das in den Hohlkörper eingebrachte Licht, vorzugsweise praktisch vollständig, mischt. So wird verschiedenfarbiges Licht, ob es nun von einer oder unterschiedlichen Lichtquellen in den Hohlkörper des Leuchtkörpers eingestrahlt wird, in der Weise durch Mehrfachreflexionen des Lichts an den Innenflächen des Hohlkörpers gemischt, daß es die Lichtaustrittsflächen stets als Mischlicht, vorzugsweise weißes Licht, verläßt. So kann Tageslicht mit Kunstlicht oder verschiedenfarbiges Licht von verschiedenen Lichtquellen im Hohlkörper des Leuchtkörpers gezielt gemischt werden.
Durch die Lichtmischwirkung des erfindungsgemäßen Leuchtkörpers kann dieser auch derart ausgebildet sein, daß mindestens eine Lichtquelle vorgesehen ist, die in unterschiedliche Raumrichtungen verschiedenfarbiges Licht mit unterschiedlicher Spektralverteilung abstrahlt, wobei die Mehrfachreflexion des Lichts an der hochreflektierenden Innenfläche des Hohlkörpers das Licht verschiedener spektraler Lichtverteilung bzw. Farbverteilung - vorzugsweise zu weißem Licht - mischt. Hierbei kann alternativ auch vorgesehen sein, daß zwei oder mehrere Lichtquellen vorgesehen sind, die Licht mit jeweils verschiedener spektraler Lichtverteilung bzw. verschiedenem Farbinhalt abstrahlen, wobei die Mehrfachreflexion des Lichts an der hochreflektierenden Innenfläche des Hohlkörpers das Licht verschiedener spektraler Verteilung - vorzugsweise zu weißem Licht - mischt.
Neben der Farbmischung kann eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Leuchtkörpers auch dazu verwendet werden, die Richtungsabhängigkeit der Intensität des Lichts, welche durch die Abstrahlcharakteristik einer Lichtquelle hervorgerufen ist, zu beseitigen. So sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, daß mindestens eine Lichtquelle vorgesehen ist, die in verschiedene Raumrichtungen Licht mit unterschiedlicher Intensität abstrahlt, wobei die Mehrfachreflexion des Lichts an der hochreflektierenden Innenfläche des Hohlkörpers dazu führt, daß die Intensität des vom Leuchtkörper - vorzugsweise über mindestens eine Lichtaustrittsöffnung - abgegebenen Lichts vollständig richtungsunabhängig ist. Durch die (diffuse) Mehrfachreflexion an der Innenseite wird unabhängig von ihrer ursprünglichen Ausstrahlungscharakteristik jede Lichtquelle (paralleles Sonnenlicht, diffuses Leuchtstofflampenlicht, Glühlampenlicht etc.) in eine "diffus strahlende Flächenlichtquelle" umgewandelt, die - vorzugsweise mit Reflektoren - gut beherrschbar ist. Die durch die Mehrfachreflektion erreichte Nivellierung der Intensität, der Richtung und des Farbgehaltes des von der oder den Lichtquellen abgestrahlten Lichts ist im speziellen auch für die Verwendung von verschiedenfarbigen punkt- und linienförmigen Lichtquellen oder verschiedenfarbigen Hochdruckentladungslampen günstig. Darüber hinaus kann der Nivellierungseffekt auch bei der Verwendung von mehreren Halbleiterlichtquellen (z.B. LEDs) verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen hochreflektierenden Eigenschaften der Innenfläche des Hohlkörpers können, wie oben bereits angeführt, durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden. So sieht eine bevorzugte Variante vor, daß die lichtstreuenden hochreflektierenden Innenflächen zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, eine lichtstreuende vorzugsweise weiße Folie aufweisen. Eine solche weiße Folie kann z.B. aus Polytetrafluoroethylen (PTFE) hergestellt werden. In einer anderen Ausführungsvariante kann alternativ dazu auch vorgesehen sein, daß die lichtstreuenden hochreflektierenden Innenflächen zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, eine lichtstreuende aufgerauhte, mattierte oder geätzte Oberfläche aufweisen.
Abweichend von diesen beiden Möglichkeiten kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, daß die lichtstreuenden hochreflektierenden Innenflächen zumindest bereichsweise vorzugsweise vollständig eine - vorzugsweise aus Noppen, Vielfachkantung, Rillen oder anderen geraden oder schiefen Unebenheiten gebildete-lichtstreuende makroskopische Oberflächenstruktur, aufweisen. Bei dieser Form der Ausbildung der hochreflektierenden lichtstreuenden Innenflächen kann sogar vorgesehen sein, daß die makroskopische Oberflächenstruktur aus glänzendem oder hochglänzendem Material besteht. Ein Beispiel für diese Variante besteht z.B. darin, eine hochglänzende Folie oder ein hochglänzendes Reflektorblech, dessen Oberfläche genoppt, gerillt, mehrfach gekantet oder dergleichen ausgeführt ist, zu verwenden. Auch auf diese Weise können Reflexionsgrade der Innenflächen des Hohlkörpers größer 95 % oder 98 % erzielt werden. Allen diese verschiedenen Varianten der Ausbildung der hochreflektierenden lichtstreuenden Innenflächen ist jedoch gemeinsam, daß das letztendlich den Leuchtkörper durch die Lichtaustrittsöffnung verlassende Licht angenehm diffus gestreut ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß mindestens eine lichtlenkende, vorzugsweise parabolisch geformte, Spiegeloptik oder eine andere Lichtlenkeinrichtung im Bereich der Lichtaustrittsöffnung des Leuchtkörpers angeordnet ist und das austretende Licht winkelmäßig begrenzt. Alternativ können auch Refraktoroptiken oder Diffraktoroptiken verwendet werden. Hierdurch wird zum einen bewirkt, daß das austretende Licht auf die zu beleuchtende Fläche bedarfsgerecht gezielt konzentriert wird. Andererseits wird verhindert, daß eine Person durch das aus dem Leuchtkörper austretende Licht geblendet wird. Zusätzlich können auch Blenden im Inneren des Hohlkörpers vorgesehen sein, wobei diese Blenden den direkten Blick auf die Lichtquelle oder die Lichteinlaßöffnung im Hohlkörper verhindern.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtkörpers sieht vor, daß er eine vorzugsweise diffus streuende, für den nicht reflektierten Lichtanteil im wesentlichen lichtdurchlässige Wandung aufweist. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige und angenehme Ausleuchtung eines Raumes erzeugt. Durch die durch den hohen Reflexionsgrad erzeugte, stark konzentrierte Leuchtdichte innerhalb des Hohlraumes des Leuchtkörpers reicht der sehr geringe nicht an der Innenfläche des Hohlkörpers reflektierte sondern durch die Wandung transmittierte diffus gestreute Lichtanteil für eine für das menschliche Auge angenehme gleichmäßige Beleuchtung eines Raumes aus. Durch die Transmission des nicht reflektierenden Restlichts durch die Wandung wird somit der Wirkungsgrad des Leuchtkörpers weiter erhöht, da nahezu das gesamte wie auch immer eingespeiste Licht als Nutzlicht den Leuchtkörper verläßt.
Zur Verhinderung eines unnötigen Aufheizens der Wandung bzw. des Leuchtkörpers ist es günstig, daß die Wandung bzw. der Leuchtkörper möglichst wenig Lichtenergie in Form von Wärme absorbiert. Dies gilt vor allem für die außerhalb des sichtbaren Bereichs liegenden Spektralbereiche des Lichts, insbesondere für den infraroten Wellenlängenbereich. Erreicht werden kann die geringe Wärmeabsorption durch einen hohen Transmissionsgrad. Hierbei steht vor allem eine gute Transmission der infraroten Wellenlängenbereiche des Lichts im Vordergrund. So ist die Verwendung von Innenflächen mit einem Reflexionsgrad von mindestens 90 % für sichtbare Lichtanteile und einem Reflexionsgrad von nur ca. 20 % für den Infrarotbereich besonders günstig. Alternativ können aber auch Kühlrippen oder dergleichen am Hohlkörper vorgesehen sein. Zur Verhinderung von Verbrennungen sieht eine weitere Variante einen thermischen Berührungsschutz z.B. in Form von Gitter, Kunststoffrippen oder dergleichen vor.
Soll die Oberfläche A0 des Hohlkörpers möglichst klein gehalten werden, ist um eine unzulässige Aufheizung des Hohlkörpers zu verhindern, darauf zu achten, daß der Wärmedurchgangskoeffizient k der Wandung des Hohlkörpers ausreichend groß ist. Durch die Gleichung A0 = P/(dT * k) kann für eine gegebene Lampenleistung P und eine maximal zulässige Temperaturerhöhrung dT der mindestens benötigte Wärmedurchgangskoeffizient k des für die Wandung verwendeten Materials berechnet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Leuchtkörper ein vorzugsweise quaderförmiger Hohlkörper ist, welcher mit einer hochreflektierenden Folie ausgekleidet ist, wobei in dem Hohlkörper mindestens eine Lampe oder mindestens eine Lichteintrittsöffnung, - vorzugsweise für Tageslicht und/oder Sonnenlicht - und mindestens eine Blende angeordnet ist, wobei der Direktstrahlungsanteil ausgeblendet ist. Hierdurch wird eine Blendung von Personen bei ansonsten sehr angenehmer gezielter Lichtverteilung verhindert.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigen
Fig. 1 bis 3
eine schematische Darstellung einer Glühlampe bzw. von Leuchtkörpern nach dem Stand der Technik,
Fig. 4 bis 10
verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Leuchtkörpers,
Fig. 11 bis 14
verschiedene Ausführungsvarianten von Spiegeloptiken, Refraktoroptiken und Diffraktoroptiken.
An den schematischen Darstellungen in Fig. 1 bis 3 werden die Nachteile von zahlreichen beim Stand der Technik bekannten Beleuchtungskörpern gezeigt. Fig. 1 zeigt eine einfache Glühlampe, bei der in Richtung der Fassung der Glühlampe kein Licht ausgestrahlt wird. Dies ist ein schematisches Beispiel dafür, daß Lichtquellen in der Regel eine Richtungsabhängigkeit in der abgestrahlten Intensität des Lichts aufweisen. In Fig. 2 wird dies anhand einer in einem Leuchtkörper 2 befindlichen Lichtquelle 1 verdeutlicht. Die Lichtquelle 1 in Fig. 2 strahlt in verschiedenen Richtungen Licht mit verschiedener Intensität ab. Dies resultiert letztendlich darin, daß im Winkelbereich senkrecht unter der Lichtquelle 1 bzw. der Lichtaustrittsöffnung 3 des Leuchtkörpers 2 Licht mit einer verhältnismäßig hohen Intensität abgestrahlt wird. Dies wird schematisch durch den Lichtstrahl 4 verdeutlicht. Im Gegensatz dazu nimmt die Intensität des abgestrahlten Lichts mit größer werdendem Winkel gegen die durch Strahl 4 verdeutlichte vertikale Abstrahlrichtung ab. Dadurch wird die Lichtintensität zu den Seiten hin geringer. Dieses seitlich abgestrahlte Licht geringerer Intensität wird durch die Strahlen 5 und 6 exemplarisch dargestellt.
Neben dem Problem der Richtungsabhängigkeit der Intensität des abgestrahlten Lichts bei Leuchtkörpern gemäß dem Stand der Technik existiert beim Stand der Technik bei verschiedenen Lichtquellen auch das Problem, daß eine Richtungsabhängigkeit in der spektralen Verteilung des abgestrahlten Lichts besteht. Dies wird in Fig. 3 anhand einer schematischen Darstellung eines Leuchtkörpers mit einer Entladungslampe gezeigt. In einer Entladungslampe 8 bildet sich am Boden ein Lampensumpf 9. Dieser verändert den spektralen Gehalt (die Farbe) des durch ihn hindurchtretenden Lichts. So wird das von der Gasentladungslampe erzeugte Licht beim Durchtritt durch den Lampensumpf 9 derart gefiltert, daß es als braunes Licht die Gasentladungslampe nach unten hin verläßt. Ein solcher Lichtstrahl mit braunem Licht ist schematisch als Strahl 10 in Fig. 3 dargestellt. Im Gegensatz hierzu führt der Strahlenweg 11 nicht durch den Lampensumpf und das auf seinem Weg verlaufende Licht wird somit nicht durch den Lampensumpf gefiltert. Es verläßt auf seinem Weg über eine Reflexion am Reflektor 7 die Gasentladungslampe als blaues Licht. Die Gesamtlichtwirkung eines solchen Leuchtkörpers wird somit dadurch charakterisiert, daß auf der Nutzebene 12 störende Farbflecken existieren, da die Nutzebene 12 bereichsweise mit verschiedenfarbigem Licht ausgeleuchtet wird. Diese hier erläuterten Probleme bisheriger Beleuchtungstechnik können auch nicht durch die beim Stand der Technik bekannte Hohlkörperleuchten ausreichend gelöst werden, da diese nicht zur gezielten Beleuchtung abgegrenzter Bereiche (z.B. von Arbeitsplätzen) verwendet werden können.
Fig. 4 zeigt nun eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Leuchtkörpers. Das von der Lichtquelle 13 abgestrahlte Licht wird an der lichtstreuend hochreflektierend ausgebildeten Innenfläche 14 des Hohlkörpers 15 mehrfach reflektiert, bevor ein Teil des Lichts durch die Lichtaustrittsöffnung 16 den Leuchtkörper verläßt. Die lichtstreuend hochreflektierenden Eigenschaften der Innenflächen 14 können in allen Ausführungsbeispielen z.B. durch geeignete Anstriche, makroskopische Oberflächenstrukturen oder das Einkleben von geeigneten Folien erreicht werden. Solche Folien können z.B. aus Polytetraethylenfolien oder aus mehrschichtigen polymerischen Filmen mit einer Außenschicht aus Polyethylenenaphthalate (PEN) gebildet werden.
An der Lichtaustrittsöffnung 16 kann je nach Bedarf eine Spiegeloptik 17 oder eine sonstige lichtlenkende Einrichtung (vgl. Fig. 11 bis 14) angebracht werden. Hierbei ist vorgesehen, daß unterschiedlichste Spiegelrasteroptiken an die Lichtaustrittsöffnung angebracht werden und damit eine Vielzahl von verschiedenen an den jeweiligen Bedarf angepaßten Lichtwirkungen erzielt werden können. Die Blende 18 verhindert, daß Licht auf direktem Wege von der Lampe 13 durch die Lichtaustrittsöffnung 16 den Leuchtkörper verlassen kann. Hierdurch wird verhindert, daß eine Person durch direkt von der Lichtquelle abgestrahltes Licht geblendet wird. Das durch die Lichtaustrittsöffnung 16 den Leuchtkörper verlassende Licht ist vor dem Verlassen des Leuchtkörpers mehrfach an der hochreflektierenden Innenfläche 14 lichtstreuend reflektiert worden und ist somit ein vollkommen richtungsunabhängiges, spektral vollständig gemischtes, angenehmes diffuses Licht. Zusätzlich zur Beleuchtung des Raumes über die Lichtaustrittsöffnung 16 kann vom Leuchtkörper auch diffuses Licht durch die Wandung des Hohlkörpers 15 abgegeben werden, wenn die Wandung des Hohlkörpers 15 lichtdurchlässig ausgebildet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß trotz des hohen Reflexionsgrades der Innenfläche 14 des Hohlkörpers 15 eine für die Beleuchtung eines Raumes ausreichende Lichtmenge durch die hochreflektierende Innenfläche und die Wandung des Hohlkörpers 15 transmittiert werden kann, da zum einen bei geeigneter Wandung deren Absorption zu vernachlässigen ist und zum anderen durch die Mehrfachreflexion eine derart hohe Leuchtdichte im Innenraum 19 des Hohlkörpers erzeugt wird, daß der geringe prozentuale Anteil des transmittierten Restlichts immer noch zur angenehmen Beleuchtung von Räumen ausreicht. Das Verhältnis zwischen dem durch die Wandung 15 des Leuchtkörpers austretenden Lichts und der Menge des durch die Lichtaustrittsöffnung 16 austretenden Lichts wird im wesentlichen durch das Verhältnis aus der Fläche der Lichtaustrittsöffnung 16 und der Gesamtfläche der hochreflektierenden Innenwandung 14 des Hohlkörpers 15 bestimmt und kann an den jeweiligen Bedarf angepaßt werden. Es ist somit eine genaue Steuerung zwischen den Anteilen der allgemeinen Raumbeleuchtung mit angenehm diffusen Licht und der konzentrierten Ausleuchtung von begrenzten Flächen möglich.
Durch eine entsprechende Ausführung des erfindungsgemäßen Leuchtkörpers kann für Büroarbeitsplätze eine Blendungsbegrenzung in alle Raumrichtungen für Winkelbereiche über 65° auf die Vertikale auf weniger als 1000 cd/m2 erreicht werden.
Fig. 5 zeit eine Variante mit zwei Lichtquellen 13, bei der der Hohlkörper 15 eine insgesamt ovale Querschnittsform und eine in die Wandung integrierte Spiegelrasteroptik 17 aufweist. Fig. 6 zeigt schematisch eine Variante mit mehreren Lichtaustrittsöffnungen 16.
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der paralleles Sonnenlicht durch eine Lichteintrittsöffnung 20 in den Innenraum 19 des Hohlkörpers 15 eintritt. Durch Mehrfachreflexion des eintretenden Lichts an der hochreflektierend ausgebildeten Innenfläche 14 des Hohlkörpers 15 wird das eintretende Sonnenlicht in ein vollkommen richtungsunabhängiges diffuses Licht verwandelt und tritt anschließend aus der Lichtaustrittsöffnung 16 aus. Zusätzlich kann wiederum die Wandung 15 des Hohlkörpers lichtdurchlässig ausgebildet sein, wodurch auch ein Teil des Lichts durch die Wandung 15 des Leuchtkörpers transportiert und als diffus gestreutes Licht abgegeben wird. An die Lichtaustrittsöffnung 16 kann wie bei der Ausführungsform in Fig. 4 auch eine an den jeweiligen Bedarf angepaßte Spiegelrasteroptik 17 angebracht werden. Die Blende 18 verhindert wiederum, daß das durch die Lichteintrittsöffnung 20 eintretende Sonnenlicht direkt den Leuchtkörper durch die Lichtaustrittsöffnung 16 wieder verläßt, bevor es an den Innenwänden 14 mehrfach reflektiert wird.
Der Transport von Sonnenlicht zum Leuchtkörper kann, wie beim Stand der Technik bekannt, in einem Kanal aus vollreflektierenden Prismen oder in Lichtwellenleitern erfolgen. Als Alternative sind auch hochreflektierende Spiegelmaterialien möglich. Generell können als System zum Auffangen, Bündeln und Transportieren des Sonnenlichts bis zu dem zu beleuchtenden Raum Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform hierzu sieht vor, daß der Leuchtkörper über eine Lichtleitung mit einem Heliostaten optisch verbunden ist, welcher das Sonnenlicht über die Lichtleitung in den Leuchtkörper leitet. Der Heliostat besteht dabei gemäß dem Stand der Technik im wesentlichen aus einer Anordnung von Spiegeln, deren Ausrichtung dem Lauf der Sonne nachgesteuert wird, sodaß solange wie möglich die optimale Menge Licht in die Lichtleitung eingekoppelt wird.
Zusätzlich zur Lichteintrittsöffnung 20, durch welche Sonnenlicht oder das Licht von externen künstlichen Lichtquellen eingebracht wird, kann noch eine zusätzliche künstliche Lichtquelle 13 angebracht ist. Diese Kombination aus mindestens einer Lichteintrittsöffnung und mindestens einer zusätzlichen Lichtquelle soll schematisch die Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten zwischen Kunst- und natürlichem Licht oder verschiedenen künstlichen Lichtquellen mit verschiedenen Abstrahlcharakteristiken und abgestrahlten Strahlenverteilungen des Lichts verdeutlichen.
In Fig. 8 wird noch einmal eine Variante zur Ausnutzung der Mischwirkung der Mehrfachreflexion des eingestrahlten Lichts im erfindungsgemäßen Hohlkörper des Leuchtskörpers verdeutlicht. Hier ist exemplarisch eine Vielzahl von kleinen Lichtquellen (z.B. verschiedenfarbige LEDs) im Hohlkörper angeordnet.
Neben der Mischung zu weißem Mischlicht kann durch die Verwendung entsprechender Lichtquellen, welche Licht mit bevorzugter spektraler Verteilungen (Farben) abstrahlen, auch Licht mit einer besonderen Farbwirkung gezielt gemischt werden, falls dies benötigt wird.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der als Lichtquelle 13 eine Leuchtstoffröhre im Hohlkörper angeordnet ist .Fig. 10 zeigt schematisch eine Variante, bei der die lichtstreuende Wirkung der Innenflächen 14 des Hohlkörpers durch eine makroskopische Oberflächenstruktur erreicht wird. In dieser Variante können die Innenflächen sogar glänzend ausgeführt sein, da die lichtstreuende Wirkung durch die Oberflächenstruktur erreicht wird.
Insgesamt ergibt sich durch die Verwendung der erfindungsgemäß hochreflektierenden Innenflächen des Hohlkörpers, daß das vom Hohlkörper letztendlich abgegebene Licht unabhängig von der tatsächlichen Form des Hohlkörpers und damit des Leuchtkörpers nahezu vollständig diffus gestreut und richtungsunabhängig ist. Dies bedeutet eine große Freiheit bei der Gestaltung des Leuchtkörpers, ohne daß seine Lichtwirkung negativ beeinflußt würde. Hierbei ist es im allgemeinen günstig, daß das Verhältnis zwischen der Oberfläche des Hohlkörpers und dem umschlossenen Volumen des Hohlkörpers nicht das zweifache dieses Verhältnisses bei einer Kugel mit demselben Volumen übersteigt. Als weitere Dimensionierungsrichtlinie kann ebenfalls berücksichtigt werden, daß die maximale diagonale Ausdehnung nicht größer als das Dreifache der minimalen Diagonalen Ausdehnung beträgt. Bei elypsoidförmigen oder kugelförmigen Hohlkörpern wird im allgemeinen ein besonders hoher Wirkungsgrad erreicht. Andere günstige Formen sind zusammengesetzt aus ebenen Oberflächensegmenten oder aus zylindrisch gerollten Oberflächensegmenten und/oder kegelförmig gerollten Oberflächensegmenten. Diese Formen sind vorteilhaft, da sie einfach aus einem Folienmaterial durch Rollen, Kanten und Zusammenfügen hergestellt werden können. Andere günstige Formen sind im wesentlichen konvexe Polyeder, wie z.B. reguläre Polyeder (Tetraeder Würfel, Oktaeder, Dekaeder und Ikosaeder) sowie verzerrte reguläre Polyeder (z.B. Quader und allgemeine Pyramiden). Diese Ausführungsformen haben den Vorteil, daß sie aus wenigen ebenen Obeflächensegmenten bestehen und somit ebenfalls einfach hergestellt werden können.
Wie bereits erwähnt, kann die Art des Lichtaustritts aus der Lichtaustrittsöffnung 16 durch verschiedenartige lichtlenkende Einrichtung gezielt beeinflußt werden. Fig. 11 und 12 zeigen hierzu als eine Variante verschiedene Spiegeloptiken 17. Bei der in Fig. 13 gezeigten Variante wird zur Beeinflussung des austretenden Lichtes ein im wesentlichen plattenförmiger transparenter Körper mit schematisch defraktiven Strukturen wie z.B. Prismen, Pyramidenstumpfen oder total reflektierenden Hohlräumen mit gegebenenfalls teilweise reflektierenden Oberflächenbeschichtungen verwendet. Die refraktiven Strukturen 21 haben den Vorteil, daß sie flach und klein gestaltet werden können und kaum Absorptionsverluste aufweisen. Die in den Hohlraum zurückreflektierten Lichtanteile treten wieder aus dem Hohlraum aus, nachdem sie an den verschiedenen Innenflächen mehrfach reflektiert wurden. Das in Fig. 14 gezeigte Ausführungsbeispiel besteht aus einem im wesentlichen plattenförmigen Körper mit schematisch eingezeichneten optischen Beugungsstrukturen. Diese Strukturen sind als holographisch optische Elemente oder defraktive optische Elemente oder als computergenerierte Beugungsstrukturen als sogenannte "Kinoforms" oder "binary optics" bekannt. Die defraktiven Strukturen haben die selben Vorteile wie refraktive Strukturen 21. Außerdem können sie sehr preiswert vervielfältigt und hergestellt werden.

Claims (13)

  1. Leuchtkörper zur Beleuchtung von Räumen mit einem von einer Wandung begrenzten Hohlkörper, der zur Mehrfachreflexion von Licht im Inneren mit reflektierenden Innenflächen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen (14) des Hohlkörpers einen Reflexionsgrad von mindestens 90 % aufweisen und lichtstreuend ausgebildet sind und in der Wandung (15) des Hohlkörpers mindestens eine die Wandung (15) durchbrechende Lichtaustrittsöffnung (16) vorgesehen ist.
  2. Leuchtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen (14) des Hohlkörpers einen Reflexionsgrad größer als 95 % - vorzugsweise größer als 98 % - aufweisen.
  3. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Innenfläche der Wandung (15) des Hohlkörpers zur Summe aller Flächen aller Öffnungen, vorzugsweise aller Lichtaustrittsöffnungen (16), in der Wandung (15) des Hohlkörpers größer als 5:1, vorzugsweise größer als 10:1, ist.
  4. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich aus der Innenfläche A0 der Wandung (15) des Hohlkörpers, der Summe A1 aller Flächen aller Öffnungen (16, 20) in der Wandung (15) und aus dem Reflexionsgrad Rho bei der Berechnung des Wirkungsgrades Eta nach der Formel Eta = Rho x f / (1 - Rho (1 - f)) ein Wirkungsgrad Eta von mindestens 40 %, vorzugsweise von mindestens 65 %, ergibt, wobei f = A1 / (A1 + A0) ist.
  5. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm mindestens eine Lichteinlaßöffnung (20) - vorzugsweise zum Einlaß von Tageslicht und/oder Sonnenlicht - und/oder mindestens eine künstliche Lichtquelle (13) angeordnet ist.
  6. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm zwei oder mehrere Lichtquellen (13) oder Lichteinlaßöffnungen (20) - vorzugsweise zum Einlaß von Tageslicht und/oder Sonnenlicht - angeordnet sind, wobei die Mehrfachreflexion an den hochreflektierenden Innenflächen (14) das in den Hohlkörper eingebrachte Licht - vorzugsweise praktisch vollständig - mischt.
  7. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuenden hochreflektierenden Innenflächen zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, eine lichtstreuende vorzugsweise weiße Folie aufweisen.
  8. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuenden hochreflektierenden Innenflächen (14) zumindest bereichsweise, vorzugsweise vollständig, eine lichtstreuende aufgerauhte, mattierte oder geätzte Oberfläche aufweisen.
  9. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuenden hochreflektierenden Innenflächen (14) zumindest bereichsweise vorzugsweise vollständig eine - vorzugsweise aus Noppen, Vielfachkantung, Rillen oder anderen geraden oder schiefen Unebenheiten gebildete - lichtstreuende makroskopische Oberflächenstruktur, aufweisen.
  10. Leuchtkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die makroskopische Oberflächenstruktur aus glänzendem oder hochglänzendem Material besteht.
  11. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine lichtlenkende, vorzugsweise parabolisch geformte, Spiegeloptik (17) oder eine andere Lichtlenkeinrichtung im Bereich der Lichtaustrittsöffnung (16) des Leuchtkörpers angeordnet ist und das austretende Licht winkelmäßig begrenzt.
  12. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine lichtlenkende Refraktoroptik oder Diffraktoroptik im Bereich der Lichtaustrittsöffnung (16) des Leuchtkörpers angeordnet ist und das austretende Licht winkelmäßig begrenzt.
  13. Leuchtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er eine vorzugsweise diffus streuende, für den nicht reflektierten Lichtanteil im wesentlichen lichtdurchlässige Wandung (15) aufweist.
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