EP2102545A1 - Transparente platte mit einer oberflächenstruktur zum weitgehend blendfreiem auskoppeln des von einer leuchte erzeugten lichts - Google Patents

Transparente platte mit einer oberflächenstruktur zum weitgehend blendfreiem auskoppeln des von einer leuchte erzeugten lichts

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EP2102545A1
EP2102545A1 EP07818199A EP07818199A EP2102545A1 EP 2102545 A1 EP2102545 A1 EP 2102545A1 EP 07818199 A EP07818199 A EP 07818199A EP 07818199 A EP07818199 A EP 07818199A EP 2102545 A1 EP2102545 A1 EP 2102545A1
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EP
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surface structure
transparent plate
pyramids
lamp
grooves
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Markus Bohle
Siegfried Bickel
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Zumtobel Lighting GmbH Austria
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/02—Refractors for light sources of prismatic shape

Definitions

  • a transparent plate having a surface structure formed for largely glare-free decoupling of the light generated by a luminaire, wherein the plate for forming the surface structure on at least one side two offset by 90 ° flocks of straight, parallel V-shaped grooves, wherein the configurable parameters, such as dimensions of the grooves, their distances within a family and the offset angles, are selected so that between the grooves remain exclusively protruding pyramids of the same height with a square base.
  • Transparent plates of the type described above have the disadvantage that the light output is not uniform in all directions. This is due to the square basic shape of the pyramids, which emit the light in four preferred directions. The latter has the consequence that the viewer of a lamp provided with such a plate, depending on whether he the lamp of one of
  • the object of the invention is to improve the glare-reducing effect of such a panel in the sense that the viewer of a luminaire provided with such a panel experiences less pronounced brightness differences at different viewing positions.
  • the object is achieved by a transparent plate having the features of claim 1.
  • the core of the teaching of the invention is that not only two flocks of substantially V-shaped grooves are provided to realize the surface structure in the plate, but more than two crowds. Care must be taken to ensure that the configurable parameters, such as the dimensions of the grooves, their distances within a family and the offset angles of the groove rows are selected so that between the grooves exclusively pyramids or
  • the transparent plate may have a positive or negative surface structure, ie the pyramids or truncated pyramids are at a positive training from the plate or surface level before or these are directed at a negative education of the plate plane inwards.
  • a "pyramid” is a polyhedron bounded by a base in the form of a polygon of any number of vertices and at least three triangles forming the side surfaces, the triangles being in one point ( In the context of this invention, however, the strictly geometric definition is not exclusive, but the advantageous lighting effects are also achievable if the side surfaces of the pyramids are flat, slightly curved or curved or faceted or formed in a similar manner.
  • a "truncated pyramid” is created by cutting off a pyramid parallel to the base area of a smaller, similar to the original pyramid pyramid.
  • the teachings according to the invention make it possible to arrange the pyramids or truncated pyramids within the surface structure in such a way that at least those adjacent pyramids or truncated pyramids which have a common base edge have a different orientation. This in turn leads to an increase in the number of preferred directions with which the surface structure radiates the light emitted by the lamp with scattering effect. An increase in the number of preferred directions has the consequence that the desired Entblendungsrial is improved.
  • a first concrete embodiment of the invention may consist in that the transparent plate for forming the surface structure has three sets of grooves offset by an angle of 60 ° in each case.
  • the bases of the pyramids or truncated pyramids in this case are equilateral triangles, with the result that the surface structure has a total of six preferred directions in the emission of the light generated by the lamp.
  • a further variant may consist in that the transparent plate has four groups of grooves offset by an angle of 45 ° to form the surface structure.
  • the pyramids or truncated pyramids have a footprint forming an isosceles triangle.
  • Such a surface structure then already has eight preferred directions.
  • the invention further relates to a luminaire with a lamp and a reflector.
  • the luminaire according to the invention should be characterized in that a transparent plate having a surface structure which is distinguished by the features described above is applied to the opposite side of the reflector, as seen from the lamp. The arrangement should be such that the surface structure is located on the side of the plate facing away from the lamp.
  • Fig. 1 shows a known lamp with a transparent plate with a
  • Fig. 2 is a view II against the shown in Fig. 1 known transparent
  • FIG. 3 shows a partial section HI-III through the known plate shown in Figure 2;
  • FIG. 4 is a view similar to view II in FIG. 1 of a transparent plate having a pyramid-shaped surface structure according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 5 is a partial section V-V through the transparent plate shown in Fig. 4;
  • Fig. 6 is a view like the view II in Fig. 1 on a transparent plate having a pyramid-shaped surface structure according to a second embodiment of the invention
  • Fig. 7 is a partial section VII-VII through the transparent shown in Fig. 6
  • Fig. 2 shows a transparent plate with a surface structure which is incorporated in a luminaire 11 of known construction in order to decouple the light generated by the luminaire as glare-free as possible.
  • the luminaire 11 has a fluorescent lamp 12 and a reflector 13 surrounding it.
  • a transparent plate is arranged with an outwardly or in an alternative embodiment inwardly directed surface structure.
  • the surface structure of the transparent plate 1 causes both directly incident beams 14, 15 as well as to the reflector 13 reflected beams 16a, 16b are scattered down so that on both sides of the lamp 11 largely shaded defibrillation areas 17, 18 arise.
  • Even very flat incident light rays such as the reflected light beam 16b can not - as indicated by the fictitious beam 16c - fall into the deblading region 18, but are scattered downwards, as indicated by the arrow bunch 16d.
  • the known surface structure is apparent from FIGS. 2 and 3.
  • the transparent plate 1 has for this purpose two sets of parallel V-shaped grooves 2, 3 offset by 90 °, between which pyramids remain, of which only four are shown and two of which are designated by the reference numerals 5, 6.
  • the arrows provided on the pyramids indicate that the radiation of the light from the prisms takes place in four preferred directions.
  • a radiation of light is also in lying between the preferred directions directions, but with different light intensity. This difference is undesirable and is reduced in the embodiments of the transparent plates according to the invention described below.
  • the first variant of the transparent plate 21 according to the invention shown in FIGS. 4 and 5, has three groups of parallel substantially V-shaped grooves 22, 23 and 24, each offset by 60 ° in order to realize the surface structure.
  • the dimensions or the shape of the grooves and their distances within a crowd are such that remain between the grooves only pyramids of the same height.
  • the V-shaped grooves are formed by side surfaces of the pyramids, which may be slightly curved or otherwise configured in a planar manner or in other embodiments, so that the side surfaces of different adjacent pyramids approach the V-shape.
  • the pyramids have a base in the form of an equilateral triangle. For the sake of simplicity, only six pyramids have been shaded, of which only two are identified by reference numerals 25 and 26.
  • the pyramids having a common edge of the base area each have a different orientation.
  • the pyramids emit the light irradiated into the transparent plate 21 in six different preferred directions.
  • the preferred directions are indicated by arrows emanating from the pyramids.
  • the greater number of preferred directions leads to a reduction of brightness differences at different viewing angles of the transparent plate 21 with this surface structure.
  • FIGS. 6 and 7 second variant of the transparent plate 31 according to the invention has to implement the surface structure four mutually offset by 45 ° flocks of parallel substantially V-shaped grooves 32, 33, 34, 35. Between the grooves remain pyramids of the same height. For the sake of simplicity, only eight are in the middle of the transparent plate 31 here Shades have been provided with shading, only four of these pyramids being designated by reference numerals 36, 37, 38 and 39. It should be indicated by the arrows emanating from the pyramids that in this case the light irradiated into the transparent plate 31 is emitted in eight different preferred directions. In this way, even further glare is ensured, to be understood in the sense that brightness differences are further reduced from different viewing angles.
  • Transparent plates having a surface structure of the kind shown in Figs. 4 to 7 can be produced by conventional manufacturing methods by injection molding by means of a correspondingly formed mold or by hot stamping by means of a punch or by a roll mold for use in a continuous process.
  • the pyramids of the surface structure are small and usually have dimensions that are less than lmm.
  • the prism structure is therefore also called a micro-surface structure.
  • the embodiments described in connection with FIGS. 1 to 6 for the transparent plate according to the invention have a surface structure formed by pyramids.
  • the spacings of the grooves within a coulter during milling of the tool plate 43 must be made larger, and indeed so large, that flat spacing regions remain between the milled-out grooves.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Transparente Platte mit einer Oberflächenstruktur zum weitgehend blendfreiem Auskoppeln des von einer Leuchte erzeugten Lichts
Bekannt ist eine transparente Platte mit einer zum weitgehend blendfreien Auskoppeln des von einer Leuchte erzeugten Lichts ausgebildeten Oberflächenstruktur, wobei die Platte zur Bildung der Oberflächenstruktur an mindestens einer Seite zwei um 90° versetzte Scharen von geraden, parallel verlaufenden V-förmigen Nuten aufweist, wobei die konfigurierbaren Parameter, wie Abmessungen der Nuten, ihre Abstände innerhalb einer Schar und die Versatzwinkel, so gewählt sind, dass zwischen den Nuten ausschließlich vorstehende Pyramiden gleicher Höhe mit quadratischer Grundfläche verbleiben.
Transparente Platten der vorstehend beschriebenen Art haben den Nachteil, dass die Lichtabgabe nicht in alle Richtungen gleichmäßig erfolgt. Dies liegt an der quadratischen Grundform der Pyramiden, welche das Licht in vier Vorzugsrichtungen abgeben. Letzteres hat zur Folge, dass der Betrachter einer mit einer solchen Platte versehenen Leuchte in Abhängigkeit davon, ob er die Leuchte von einer der
Vorzugsrichtungen aus betrachtet oder von einer dazwischen liegenden Position, einen wahrnehmbaren Helligkeitsunterschied feststellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entblendungswirkung einer solchen Platte in dem Sinne zu verbessern, dass der Betrachter einer mit einer derartigen Platte versehenen Leuchte bei unterschiedlichen Betrachtungspositionen weniger starke Helligkeitsunterschiede empfindet.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine transparente Platte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Kern der erfindungsgemäßen Lehre ist, dass zur Realisierung der Oberflächenstruktur in der Platte nicht nur zwei Scharen von im wesentlichen V-förmigen Nuten vorzusehen sind, sondern mehr als zwei Scharen. Dabei ist darauf zu achten, dass die konfigurierbaren Parameter, wie Abmessungen der Nuten, ihre Abstände innerhalb einer Schar und die Versatzwinkel der Nuten-Scharen so gewählt sind, dass zwischen den Nuten ausschließlich Pyramiden oder
Pyramidenstümpfe verbleiben, deren Grundfläche jedoch nicht-quadratisch ist und die vorzugsweise gleiche Höhe haben. Die transparente Platte kann eine positive oder negative Oberflächenstruktur aufweisen, d.h. die Pyramiden oder Pyramidenstümpfe stehen bei einer positiven Ausbildung aus der Platten- bzw. Oberflächenebene vor oder diese sind bei einer negativen Ausbildung von der Plattenebene nach innen gerichtet.
Zur geometrischen Definition einer Pyramide und eines Pyramidenstumpfs sei an dieser Stelle folgendes festgehalten: Eine „Pyramide" ist ein Polyeder, der von einer Grundfläche in Form eines Polygons beliebiger Eckenzahl und mindestens drei die Seitenflächen bildenden Dreiecken begrenzt ist, wobei die Dreiecke in einem Punkt (Spitze der Pyramide) zusammentreffen. Im Rahmen dieser Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich die streng geometrische Definition maßgebend, sondern die vorteilhaften lichttechnischen Effekte sind auch dann erzielbar, wenn die Seitenflächen der Pyramiden eben, leicht gewölbt oder geschwungen oder facettiert oder in ähnlicher Weise ausgebildet sind.
Ein „Pyramidenstumpf' entsteht dadurch, dass man von einer Pyramide parallel zur Grundfläche eine kleinere, zur ursprünglichen Pyramide ähnliche Pyramide abschneidet.
Die erfmdungsgemäße Lehre erlaubt es, die Pyramiden oder Pyramidenstümpfe innerhalb der Oberflächenstruktur so anzuordnen, dass zumindest diejenigen benachbarten Pyramiden oder Pyramidenstümpfe, die eine gemeinsame Grundflächen- Kante haben, eine voneinander abweichende Ausrichtung aufweisen. Das wiederum führt zu einer Erhöhung der Zahl der Vorzugsrichtungen, mit der die Oberflächenstruktur das von der Leuchte abgegebene Licht mit Streuwirkung abstrahlt. Eine Erhöhung der Zahl der Vorzugsrichtungen hat zur Folge, dass die angestrebte Entblendungswirkung verbessert wird.
Eine erste konkrete Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass die transparente Platte zur Bildung der Oberflächenstruktur drei um jeweils einen Winkel von 60° versetzte Scharen von Nuten aufweist. Die Grundflächen der Pyramiden oder Pyramidenstümpfe sind in diesem Fall gleichseitige Dreiecke, mit der Folge, dass die Oberflächenstruktur insgesamt immerhin schon sechs Vorzugsrichtungen bei der Abstrahlung des von der Leuchte erzeugten Lichts hat.
Eine weitere Variante kann darin bestehen, dass die transparente Platte zur Bildung der Oberflächenstruktur vier um jeweils einen Winkel von 45° versetzte Scharen von Nuten aufweist. Hier haben die Pyramiden oder Pyramidenstümpfe eine ein gleichschenkliges Dreieck bildende Grundfläche. Eine solche Oberflächenstruktur hat dann bereits acht Vorzugsrichtungen. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchte mit einer Lampe und einem Reflektor. Die erfindungsgemäße Leuchte soll dadurch gekennzeichnet sein, dass auf der - von der Lampe aus gesehen - gegenüberliegende Seite des Reflektors eine transparente Platte mit einer Oberflächenstruktur aufgebracht wird, die sich durch die vorstehend beschriebenen Merkmale auszeichnet. Die Anordnung soll dabei so erfolgen, dass sich die Oberflächenstruktur auf der der Lampe abgewandten Seite der Platte befindet.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine bekannte Leuchte mit einer transparenten Platte mit einer
Pyramiden mit quadratischer Grundfläche aufweisenden Oberflächenstruktur; Fig. 2 eine Ansicht II gegen die in Fig. 1 gezeigte bekannte transparente
Platte;
Fig. 3 einen Teilschnitt HI-III durch die in Fig. 2 gezeigte bekannte Platte;
Fig. 4 eine Ansicht wie die Ansicht II in Fig. 1 auf eine transparente Platte mit einer von Pyramiden gebildeten Oberflächenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 einen Teilschnitt V-V durch die in Fig. 4 gezeigte transparente Platte;
Fig. 6 eine Ansicht wie die Ansicht II in Fig. 1 auf eine transparente Platte mit einer von Pyramiden gebildeten Oberflächenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 7 einen Teilschnitt VII-VII durch die in Fig. 6 gezeigte transparente
Platte.
Fig. 2 zeigt eine transparente Platte mit einer Oberflächenstruktur, die in einer Leuchte 11 bekannter Konstruktion eingebaut ist, um das von der Leuchte erzeugte Licht möglichst blendfrei auszukoppeln. Die Leuchte 11 weist eine Leuchtstofflampe 12 und einen diese umgebenden Reflektor 13 auf. Auf der dem Reflektor gegenüberliegenden Seite der Leuchtstofflampe 12 ist eine transparente Platte mit einer nach außen oder in einer alternativen Ausführungsform nach innen gerichteten Oberflächenstruktur angeordnet. Die Oberflächenstruktur der transparenten Platte 1 bewirkt, dass sowohl direkt auftreffende Strahlen 14, 15 als auch an dem Reflektor 13 reflektierte Strahlen 16a, 16b so nach unten gestreut werden, dass zu beiden Seiten der Leuchte 11 weitgehend abgeschattete Entblendungsbereiche 17, 18 entstehen. Selbst sehr flach auftreffende Lichtstrahlen wie der reflektierte Lichtstrahl 16b können nicht - wie durch den fiktiven Strahl 16c angedeutet - in den Entblendungsbereich 18 fallen, sondern werden nach unten gestreut, wie dies durch das Pfeilbündel 16d angedeutet ist.
Die bekannte Oberflächenstruktur ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich. Die transparente Platte 1 weist dazu zwei um 90° versetzte Scharen von parallel verlaufenden V- förmigen Nuten 2, 3 auf, zwischen denen Pyramiden verbleiben, von denen nur vier gezeigt sind und zwei davon mit den Bezugsziffern 5, 6 bezeichnet sind. Durch die an den Pyramiden vorgesehenen Pfeile ist angedeutet, dass die Abstrahlung des Lichts von den Prismen in vier Vorzugsrichtungen erfolgt. Natürlich erfolgt eine Abstrahlung von Licht auch in zwischen den Vorzugsrichtungen liegenden Richtungen, allerdings mit anderer Lichtintensität. Dieser Unterschied ist unerwünscht und wird bei den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausfuhrungsformen der transparenten Platten vermindert.
Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte erste Variante der erfindungsgemäßen transparenten Platte 21 weist zur Realisierung der Oberflächenstruktur drei um jeweils 60° versetzte Scharen von parallel verlaufenden im wesentlichen V-förmigen Nuten 22, 23 und 24 auf. Die Abmessungen bzw. die Form der Nuten sowie ihre Abstände innerhalb einer Schar sind so bemessen, dass zwischen den Nuten ausschließlich Pyramiden gleicher Höhe verbleiben. Die V-förmigen Nuten werden durch Seitenflächen der Pyramiden gebildet, wobei diese eben oder in anderen Ausfuhrungsformen leicht gewölbt oder in ähnlicher Weise ausgestaltet sein können, so dass sich die Seitenflächen unterschiedlicher benachbarter Pyramiden der V-Form annähern. Die Pyramiden haben eine Grundfläche in Form eines gleichseitigen Dreiecks. Es sind der Einfachheit halber nur sechs Pyramiden mit Schattierungen versehen worden, von denen lediglich zwei mit Bezugsziffern 25 und 26 gekennzeichnet sind. Es ist aber erkennbar, dass die eine gemeinsame Kante der Grundfläche aufweisenden Pyramiden jeweils eine andere Ausrichtung haben. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Pyramiden das in die transparente Platte 21 eingestrahlte Licht in sechs verschiedene Vorzugsrichtungen abstrahlen. Die Vorzugsrichtungen sind durch von den Pyramiden ausgehende Pfeile angedeutet. Die größere Zahl der Vorzugsrichtungen führt zu einer Verminderung von Helligkeitsunterschieden bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln der transparenten Platte 21 mit dieser Oberflächenstruktur.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte zweite Variante der erfindungsgemäßen transparenten Platte 31 weist zur Realisierung der Oberflächenstruktur vier um jeweils 45° versetzte Scharen von parallel verlaufenden im wesentlichen V-förmigen Nuten 32, 33, 34, 35 auf. Zwischen den Nuten verbleiben auch hier Pyramiden gleicher Höhe. Der Einfachheit halber sind auch hier nur acht in der Mitte der transparenten Platte 31 liegende Pyramiden mit Schattierungen versehen worden, wobei nur vier dieser Pyramiden mit Bezugsziffern 36, 37, 38 und 39 gekennzeichnet sind. Durch die von den Pyramiden ausgehenden Pfeile soll angedeutet werden, dass in diesem Fall das in die transparente Platte 31 eingestrahlte Licht in acht unterschiedliche Vorzugsrichtungen abgestrahlt wird. Auf diese Weise ist eine noch weitergehende Entblendung gewährleistet, zu verstehen in dem Sinne, dass Helligkeitsunterschiede aus verschiedenen Betrachtungswinkeln noch weiter reduziert sind.
Transparente Platten mit Oberflächenstruktur der in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Art können mit an sich bekannten Herstellverfahren durch Spritzgießen mittels einer entsprechend ausgebildeten Gießform oder durch Heißprägen mittels eines Stempels oder mittels einer Rollform zur Nutzung in einem Endlosverfahren hergestellt werden. Die Pyramiden der Oberflächenstruktur sind klein und haben in der Regel Abmessungen, die geringer als lmm sind. Die Prismenstruktur wird daher auch als Mikro-Oberflächenstruktur bezeichnet.
Die in Verbindung mit den Figuren 1 - 6 beschriebenen Ausführungsformen für die erfindungsgemäße transparente Platte haben eine von Pyramiden gebildete Oberflächenstruktur. Um eine von Pyramidenstümpfen gebildete Oberflächenstruktur zu erzeugen müssen die Abstände der Nuten innerhalb einer Schar beim Fräsen der Werkzeugplatte 43 größer gewählt werden, und zwar so groß, dass zwischen den eingefrästen Nuten ebene Abstandsbereiche verbleiben.

Claims

Ansprüche
1. Transparente Platte (21, 31) mit einer Oberflächenstruktur zum weitgehend blendfreien Auskoppeln des von einer Leuchte (11) erzeugten Lichts, wobei die Platte (21, 31) zur Bildung der Oberflächenstruktur an mindestens einer Seite mehr als zwei jeweils um bestimmte Winkel versetzte Scharen von geraden, parallel verlaufenden im wesentlichen V-förmigen Nuten (22-24, 32-35) aufweist, und wobei die konfigurierbaren Parameter, wie die Abmessungen der Nuten (22-24, 32-35), ihre Abstände innerhalb einer Schar und die Versatzwinkel, so gewählt sind, dass zwischen den Nuten (22-24, 32-35) ausschließlich Pyramiden (25, 26; 36-39) oder Pyramidenstümpfe verbleiben.
2. Transparente Platte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pyramiden oder Pyramidenstümpfe (25, 26; 36-39) gleiche Höhe haben.
3. Transparente Platte (21, 31) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, > dass die konfigurierbaren Parameter ferner so gewählt sind, dass zumindest diejenigen benachbarten Pyramiden oder Pyramidenstümpfe (25, 26; 36-39), die eine gemeinsame Grundflächen-Kante haben, eine voneinander abweichende Ausrichtung aufweisen.
4. Transparente Platte (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Bildung der Oberflächenstruktur drei um jeweils einen Winkel von 60° versetzte Scharen von Nuten (22-24) aufweist.
5. Transparente Platte (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Bildung der Oberflächenstruktur vier um jeweils einen Winkel von 45° versetzte Scharen von Nuten (32-35) aufweist.
6. Leuchte (11) mit einer Lampe (12) und einem Reflektor (13), dadurch gekennzeichnet, dass auf der - von der Lampe (12) aus gesehen - gegenüberliegenden Seite des Reflektors (13) eine transparente Platte (21, 31) mit einer Oberflächenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5 so angebracht wird, dass sich die Oberflächenstruktur auf der der Lampe (12) abgewandten Seite der Platte (21 ; 31) befindet.
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