EP2201291B1 - Beleuchtungskörper - Google Patents
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- EP2201291B1 EP2201291B1 EP08802295A EP08802295A EP2201291B1 EP 2201291 B1 EP2201291 B1 EP 2201291B1 EP 08802295 A EP08802295 A EP 08802295A EP 08802295 A EP08802295 A EP 08802295A EP 2201291 B1 EP2201291 B1 EP 2201291B1
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- F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
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- F21W2131/205—Lighting for medical use for operating theatres
Definitions
- the present invention relates to a novel headlamp lens and a thus equipped, energy-saving lamp with a defined, rectangular light field, as well as their use for predominantly professional, in particular large-scale, lighting purposes.
- a lens is in the WO 2004/001286 disclosed.
- This document describes a headlamp whose lens has the features of the preamble of claim 1.
- Numerous lighting systems for large-area lighting purposes are known in the prior art. Consider, for example, the lighting of ski slopes, football stadiums, streets and tunnels, billboards, exterior facades of buildings, etc.
- the present invention now provides a lighting system available, which thanks to sophisticated lens optics and a suitable reflector drastically reduces the amount of scattered light.
- Such a special lens is provided in claim 1 under protection, a lamp equipped therewith in claim 5.
- the elongated prisms of the inventive lens are integrated into the surface structure and aligned so that they have only a single free edge facing away from the lens surface.
- prisms having a triangular or approximately triangular cross-section are to be understood as meaning those whose free edge facing away from the lens surface is rounded.
- the invention relates to such a lens in which the peripheral, annular edge zone has a thickness which is sufficient to project beyond all surface structures arranged within the edge zone.
- this thickened edge zone can act as a mounting base for a planar protective cover for the lens, which can prevent contamination or damage to the lens.
- the lens according to the invention has elongated prisms on the light entry side and elongated convex curvatures on 14, and elongate prisms on the light exit side.
- the number of prisms and / or bulges may vary, as well as the steepness of the prisms and / or the strength and width of the convex curvatures.
- the lens according to the invention typically consists of an impact- and scratch-resistant, transparent, colorless plastic, in particular of polycarbonate (PC), but can in principle also consist of glass, in particular tempered glass.
- PC polycarbonate
- the invention also relates to a luminaire which is equipped with such a lens, for example a lamp with a luminous means, a housing, a reflector and the lens, wherein the reflector is rotationally symmetrical about its longitudinal axis and in the axial direction three sections of different geometry lying directly next to each other: the section of the reflector closest to the illuminant has the shape of a paraboloid of revolution with an opening at the apex, while the two adjoining sections each have the shape of a truncated cone tapering towards the lens, wherein the outer portion has a greater steepness than the preceding, middle portion and may optionally be formed in a cylindrical shape.
- a luminaire which is equipped with such a lens, for example a lamp with a luminous means, a housing, a reflector and the lens, wherein the reflector is rotationally symmetrical about its longitudinal axis and in the axial direction three sections of different geometry lying directly next to each other: the section of the reflector closest to the illumina
- the opening at the apex of the first reflector portion is dimensioned with respect to its diameter so as to allow the passage of a luminous means, in particular a discharge lamp, a lamp socket or cables for power supply.
- the reflector is made of light metal, in particular aluminum, and has in the first two sections a highly polished or mirrored and in the outer, third, conical or cylindrical portion a roughened inner surface, which causes this part of the reflector no optical contribution to the diffraction and / or refraction of the light rays and also should not afford.
- it serves more as a kind of buffer zone, within which the lens position along the longitudinal axis of the reflector (focal line) can be slightly varied.
- the lens may be releasably secured to the lamp housing and optionally rotatably mounted in the lamp housing.
- the invention further relates to the use of a lens according to any one of claims 1 to 4, for generating a rectangular light field.
- the invention further relates to the use of such a luminaire for illuminating large areas such as public spaces, recreation parks, sports fields, football stadiums, ski slopes, sports and industrial halls, car parks, car parks, traffic areas of all kinds, tunnels, building facades, airports, seaports, military areas, Billboards, or exterior facades of buildings.
- the luminaire according to the invention can also be used as a component of optical presentation systems such as projectors and projectors, as a photo light, or as a special luminaire in medical facilities, in particular as a surgical light or dental light, or in museums for illuminating paintings and other exhibits.
- a primary purpose of the luminaire according to the invention is to diffract and concentrate the light beams emitted by a light source in such a way that a rectangular light field can be generated on an opposite, planar surface with a round spotlight cone.
- Their main advantage is that the scattered light component and thus the unwanted loss of light, typically less than 10%, so that at least 90% of the remaining, emerging from the lens light are radiated to the target to be illuminated in the form of a rectangular light field.
- the invention is further characterized by the fact that the light field generated, starting from the bright center, loses light intensity only slightly in the direction of the edge and only has a significantly lower light intensity deviating therefrom in the edge region itself.
- This makes it possible to achieve a continuous band of light of approximately constant brightness if the luminaires according to the invention are placed next to one another in such a way that the edge regions of the radiated light fields overlap one another.
- the number of luminaires can be reduced compared to conventional luminaires, which in particular significantly reduces maintenance costs, electricity costs, infrastructure and assembly costs.
- FIG. 4 schematically illustrated lamp 1 with a light source 2, a lamp housing 3, a reflector 4 and a round lens system. 5
- the light yield is significantly influenced by the geometry and surface finish of the mirrored reflector, while for the luminous effect primarily the geometry of the lens is crucial.
- the lens 5, 5a according to the invention which has a circular shape, has a different surface geometry on the light entry side 51, 51 a than on the light exit side 52.
- the light entry side here means the side of the lens which, when the lens is installed in the luminaire according to the invention, faces the light source or the illuminant.
- the light exit side is therefore to be understood as meaning the opposite side of the lens, that is to say the side which, when the lens is installed in the inventive device, is the one which has been used. Light facing the object to be illuminated.
- the lens 5, 5a contains at the edge of an annular rim zone 53 without special surface structure.
- An annular section 511 adjoins this edge zone in the direction of the lens center on the light entry side 51, 51 a, which has a surface structure of mutually parallel rows of elongated, bead-like elevations or bumps, wherein the convexities are convex in nature and transverse to Longitudinal axis of the respective elongated elevations run.
- the thus convexly curved, elongated elevations or vaults are similar in plan view of the shape of a blind with convexly curved plastic slats in maximum closing or shading position.
- annular portion 521 having a surface structure of mutually parallel rows of also elongated, tapered prisms with triangular cross-section, followed by a central, circular surface-shaped portion with a smooth surface , It consists of two halves of equal size, which seamlessly merge into one another at an imaginary cutting line 524 running centrally through the circular area, where they have their smallest thickness.
- the cutting line is present in a widened form as a band-shaped portion, which separates the two semicircular-shaped sections from each other and at the same time with each other.
- the two circular surface halves are arranged so that the imaginary cutting line or the band-shaped lens section run parallel to the prism rows on the same side.
- the planar surfaces of these two semicircular-shaped lens sections 522, 523, 522a, 523a do not lie in the central lens plane or parallel to it, but rise in the form of slant planes in the centrifugal direction, ie in a direction perpendicular to the imaginary cutting line, since the two sections 522, 523, 522a, 523a become thicker towards the edge and assume a wedge-shaped form.
- planar, non-domed surfaces of the two semicircular lens sections 522, 523 form an outwardly-open, obtuse angle with respect to the lens plane, such that the circular lens-shaped section appears to have a kink from the side.
- two kinks result in this approach.
- the parallel rows of the convexes of the portion 511 are twisted at an angle of 90 degrees to the parallel ones Rows of elongate prisms of section 512 are disposed on the same lens side.
- the prism rows have the same orientation on the light entry side and the light exit side (see cross sections in FIG Figs. 9A and 9B ).
- the reflector 4 is rotationally symmetrical about its longitudinal axis and constructed in the axial direction of three sections 41, 42, 43 of different geometry. As a result, a large part of the light emitted by the light source within the reflector in lateral directions is conducted to the lens.
- the reflector is configured such that the portion 41 closest to the light source has the shape of a paraboloid of revolution and has an opening at the apex, while the adjoining central portion 42 and also the subsequent outer portion 43 are outwardly outward ie have in the direction of the lens, conically flared truncated cone, however, wherein the outer portion 43 has a steeper conical shape than the middle.
- this outer portion may take the form of a cylinder.
- the opening at the apex of the reflector is typically sized to allow the passage of a light source, such as a high pressure discharge lamp, a lamp socket, or power supply cables.
- a light source such as a high pressure discharge lamp, a lamp socket, or power supply cables.
- the reflector 4 is also typically made of light metal, in particular of aluminum, and has a highly polished or mirrored in the inner portions 41 and 42 and a roughened inner surface in the outer portion 43.
- the roughened surface of the outer portion prevents this reflector portion from providing an optical contribution to the reflection and / or diffraction of the light emitted by the illuminant.
- the middle section is quite different: it is also conical, but with a flatter conical shape, and has as its function the task of diffracting and total reflecting the lens from the lens to the rows of prisms acting as diffusers to redirect light directed back into the reflector so that the light focused by the paraboloidal part of the reflector at the focal point in the lens plane is distributed to the largest possible focal surface before it leaves the lens.
- the focal surface lies exactly in the lens plane.
- This lens geometry in conjunction with the specially matched reflector also causes as much light as possible to leave the lens via targeted internal total reflection in the lens optics, and not just by material-dependent diffraction. This makes it possible to uniformly distribute the light intensity of the emitted light over a larger area of the light field.
- the lens 5 is movable, i. rotatably mounted on the lamp housing 3, so that the light field can also rotate by simply rotating the lens in the lens plane.
- the lens itself is preferably made of a suitable impact and scratch resistant, transparent, colorless plastic such as polycarbonate, or optionally of tempered glass, so that it does not require any special protection against mechanical damage per se. Nevertheless, it may be advantageous for some purposes, the lens nor a planar protective glass upstream, for example, to prevent contamination or damage to the lens optics and to facilitate cleaning of the lamp. This is especially in the in the FIGS. 6 to 8 illustrated embodiment with thickened edge zone 53 particularly well possible.
- a rectangular field of 35 ⁇ 10 m can be illuminated almost uniformly, with it does not need 300 watts as with conventional lights but only a maximum of 30-60 watts.
- FIG Fig. 5 The difference between the area illuminated by a standard street lamp with a 120 degree optic and the area illuminated by a luminaire according to the invention with a 1 60 degree optic when the luminaire is mounted at a height of 9 m above ground (eg roadway) is shown in FIG Fig. 5 illustrated.
- the values given there are to be regarded as approximations and may deviate by about 10%.
- light angles of 160 ° are no longer to produce the same quality and economy as light angles of 130 ° and below.
- the light angles which can preferably be generated with the optics according to the invention are in the range from 30 to 130 degrees, in particular from 60 to 120 degrees.
- the entire lens optics, including reflector, can be incorporated into various types of housing, e.g. into the lamp housings of flood lights, street lights and special lights of all kinds.
- the luminaire according to the invention is particularly suitable for illuminating large areas, e.g. public spaces, recreational parks, sports fields, football stadiums, ski slopes, sports and industrial halls, car parks, car parks, traffic areas of all kinds, tunnels, airports, seaports, military areas, billboards, exterior facades of buildings, etc. It can also be part of optical presentation systems such as projectors and To be beamers. It can also be used as a photo light for professional photographers or as a special light in medical facilities, such as surgical or dental lighting, or in museums for uniform illumination of paintings and other exhibits.
- An object of the invention is to illuminate very large areas with a very low power consumption. Savings of up to 80% compared to conventional luminaires with metal halide, mercury, sodium high-pressure or sodium low-pressure lamps are possible with the luminaire according to the invention.
- the lens is preferably made of PC (polycarbonate), but may also consist of glass or other transparent, translucent materials, in which case, however, the lens geometry is to be adapted to the light refractive indices changed relative to the PC.
- PC polycarbonate
- the lens optics on the example of a typical luminaire according to the invention with a scattering angle of 60 ° x 130 ° is shown in the figures Fig. 1-3 and Fig. 10 shown.
- the lens 5, 5a has a total diameter of 190 mm (distance k in Fig. 7B and Figure 10 ), with the structured surface lens part occupying only 180 mm ( 7B . Fig. 10 , Distance i).
- the rest corresponds to the edge zone 53 in FIG Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 , which consequently has a width of 5 mm.
- the inner lens array consisting of the light entrance side portion 512 and the light exit side section parts 522 and 523 and 522a and 523a, has a diameter of 120 mm (distance h), but may vary slightly depending on the desired scattering angle.
- the outer annular lens array consisting of the sections 511 (light entrance side) and 521 (light exit side), a width of 30 mm, but may also vary depending on the variation of the inner lens array.
- the maximum thickness of the lens measured from the prism tip or prism edge on the light entry side to the prism tip or prism edge on the light exit side, is 10.7 mm ( Fig. 10 , Distance m) to 12m ( Fig. 7B , Distance M), the thickness of the marginal annular region 53 is 3.8 mm ( Fig. 10 , Distance n) to 9.5mm ( Fig. 7B , Distance N).
- the inner lens array 512 on the light entrance side exactly 23 parallel prism rows
- the outer annular lens array 521 on the light exit side has exactly 38 parallel prism rows.
- the annular portion 511 on the light entrance side has a surface structure of exactly 14 rows arranged parallel to each other from transversely to its longitudinal axis convexly curved, elongated, louver-like vaults.
- the associated reflector at its open end, ie at the outer end A of the reflector portion 43, a lens diameter adapted to the clear width of 190 mm (distance a in Fig. 4B ) and at the end B of section 42 one of 182 mm (distance b).
- the opening at the vertex C of the reflector has a diameter of 30 mm (distance c).
- the total length of the reflector expressed by the length of its focal axis or focal line passing through the focal point, is 130 mm (distance d) from the vertex C to the point of intersection of the focal plane with the plane A at the end of the outer reflector section 43.
- the distance from the vertex C to the center D of the light source 2 is 31 mm (distance e), the distance from the vertex C to the intersection of the focal line with the plane B at the end of the central reflector portion 42 is 94.5 mm (distance f), and the distance from the center D of the light source to the intersection of the focal line with the plane A at the end of the outer reflector portion 43 is 91 mm (distance g).
- the desired light distribution is created by an interaction of the two lens sides, additionally supported by the reflector, whose dimensions can also vary slightly.
- the lens optic according to the invention is intended above all for the use of high-pressure discharge lamps, in particular of commercially available CDM and CPO lamps, but can in principle also be combined with other lamps.
- the lens described above produces a rectangular light image with a scattering angle of about 130 ° x 60 ° at an angle of inclination of 90 ° to the illuminated flat surface. This corresponds to an effective light field of approx. 32m x 10m with a light point height of 10m.
- Lens variations with slightly modified lens patterns serve to achieve other light scattering angles, such as listed in Table 1 below. To achieve these effects, the angles of the prism-like elevations and the diameter and the inclination of the individual lens elements, and optionally the The width and thickness of the curvature of the convex, bead-like bulges varies.
- the pictures Fig. 6 to 9 show a lens variant with thicker edge portion 53a, the light exit side protrudes beyond the prism edges, so as to allow, for example, the attachment of a transparent, planar protective cover directly on the lens.
- the two oblique halves 522a and 523a of the light exit side, inner lens array - unlike in the embodiment described above - do not directly adjoin one another via an imaginary cutting line 524, but they are projected through a planar lens portion 524a which appears rectangular in plan view separated from each other. From the cross-sectional views of FIGS. 7A, 7B . 9A and 9B the structures of this lens variant 5a are also clearly visible.
- the number of rows of prisms light entrance side 23, light exit side 38 and the number of light entrance side convex curvatures 14.
- the two circular surface halves are arranged so that the between them, rectangular, plane lens portion 524 a with its longitudinal sides parallel to the prism rows of extends to the circular surface subsequent annular portion of the same lens side.
- the lenses according to the invention are made in one piece, irrespective of their lens geometry, ie they are not glued together from individual lens parts, but from a cast, produced by means of corresponding casting molds.
- the general reflector geometry described above can be left unchanged for all lens variations.
- the reflector length may vary by up to 14mm using the lens size specified above.
- lens variations of 30 ° x 60 °, 60 ° x 90 °, 60 ° x 130 °, 60 ° x 150 °, 40 ° x 130 ° or 40 ° x 150 ° produce. Further variations and combinations of light scattering angles and the light spread that can be achieved in meters, depending on the distance of the luminaire from the illuminated surface, are shown in Table 1.
- high-pressure discharge lamps with a power of 250 W can be replaced by those with a power of only 70 W or optionally even 35 W with equally good visibility of the illuminated object.
- Lamp 3 lamp housing 4 reflector 41 parabolic reflector section 42 first conical reflector section 43 second conical reflector section 5, 5a lens 51, 51a Light entrance side of the lens 52, 52a Light exit side of the lens 53, 53a circular, unstructured edge zone of the lens 511 annular lens section on the light entry side, with a louver-like surface structure of convexly curved, bead-like curvatures 512 central, circular-surface-shaped portion light inlet side, with a surface structure of parallel rows of elongated, tapered prisms with approximately triangular cross-section 521 annular portion on the light exit side, with a lens structure of mutually parallel rows of elongated, tapered prisms with triangular cross-section 522, 523 522a, 523a wedge-shaped semicircular surfaces of the light exit side central, circular area-shaped portion 524, 524a imaginary cutting line or band-shaped lens section between the wedge-shaped semicircular surfaces, light exit side
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Scheinwerferlinse und eine damit ausgestattete, energiesparende Leuchte mit definiertem, rechteckigem Lichtfeld, sowie auf deren Verwendung für vorwiegend professionelle, insbesondere grossflächige, Beleuchtungszwecke. Eine derartige Linse ist in der
WO 2004/001286 offenbart. Diese Schrift beschreibt einen Scheinwerfer, dessen Linse die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist. - Im Stand der Technik sind zahlreiche Leuchtensysteme für grossflächige Beleuchtungszwecke bekannt. Man denke beispielsweise an die Beleuchtung von Skipisten, Fussballstadien, Strassen und Tunnels, Reklametafeln, Aussenfassaden von Gebäuden, etc.
- Fast allen diesen Leuchtensystemen gemeinsam ist ihr relativ grosser Streulichtanteil von bis zu 80 % des aus der Leuchte austretenden Lichts, d.h. ein Grossteil der Energie, die zur Beleuchtung des Zielobjektes gedacht ist, erreicht das Zielobjekt gar nicht, sondern erhellt die Umgebung, ja schlimmer noch, schlägt als Energieverschwendung und Lichtverschmutzung finanziell wie ökologisch negativ zu Buche. Als weiterer Nachteil kommt noch hinzu, dass bei Ausleuchtung von länglichen Zielobjekten, wie beispielsweise Strassen oder Tunneln, zwischen den einzelnen Lichtfeldern der seriell aneinander gereihten Leuchten, meist dunkle, schattige Bereiche entstehen, was insbesondere bei Tunneldurchfahrten als sehr unangenehm und störend empfunden wird.
- Um diesem Umstand abzuhelfen, stellt die vorliegende Erfindung nun ein Leuchtensystem zur Verfügung, welches dank ausgeklügelter Linsenoptik sowie einem geeigneten Reflektor den Streulichtanteil drastisch reduziert.
- Eine derartige Speziallinse wird in Anspruch 1 unter Schutz gestellt, eine damit ausgestattete Leuchte in Anspruch 5.
- Abwandlungen der Linse und der Leuchte werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
- Die Erfindung bezieht sich daher in einer ersten Ausführungsform auf eine Scheinwerferlinse in Form einer kreisrunden Scheibe, welche zur Erzeugung eines rechteckigen Lichtfeldes auf einer planen Oberfläche geeignet ist. Sie besitzt eine einem Leuchtmittel zuzuwendende erste Seite, nachfolgend die Lichteintrittsseite, mit zugehöriger Oberflächenstruktur, und eine der Lichteintrittsseite gegenüber liegende zweite Seite, nachfolgend Lichtaustrittsseite genannt, ebenfalls mit zugehöriger Oberflächenstruktur. Darüber hinaus weist sie die folgenden Merkmale auf:
- a) lichteintrittsseitig einen zentralen, kreisflächenförmigen Abschnitt mit einer Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von länglichen, parallel zueinander angeordneten, die gesamte jeweils verfügbare Kreisfläche überspannenden Prismen mit annähernd dreieckigem Querschnitt und dazwischen liegenden, annähernd U-förmigen Trogtälern;
- b) lichteintrittsseitig unmittelbar an den kreisflächenförmigen Abschnitt anschliessend und diesen vollumfänglich umschliessend einen kreisringförmigen Abschnitt mit einer Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von länglichen, parallel zueinander angeordneten, quer zu ihrer Längsachse konvex gekrümmten, jalousieartigen Wölbungen, die die gesamte jeweils verfügbare Kreisringfläche überspannen;
- c) lichtaustrittsseitig einen zentralen, kreisflächenförmigen Abschnitt mit zwei gleich grossen, halbkreisflächenförmigen Hälften mit keilförmigem radialen Querschnitt, die entlang einer gedachten Schnittlinie entweder unmittelbar aneinander grenzen oder durch einen bandförmigen Linsenabschnitt von einander beabstandet werden, im Bereich der gedachten Schnittlinie ihre dünnste Stelle aufweisen und von dort aus in zentrifugaler Richtung dicker werden, so dass ihre planen Oberflächen schiefe Ebenen darstellen, die in Richtung zum Linsenrand hin ansteigen;
- d) lichtaustrittsseitig unmittelbar an den kreisflächenförmigen Abschnitt anschliessend und diesen vollumfänglich umschliessend einen kreisringförmigen Abschnitt mit einer Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von länglichen, parallel zueinander angeordneten, die gesamte jeweils verfügbare Kreisringfläche überspannenden Prismen mit dreieckigem Querschnitt und dazwischen liegenden V-förmigen Tälern; sowie
- e) lichteintrittsseitig und lichtaustrittsseitig unmittelbar an die kreisringförmigen Abschnitte anschliessend und diese vollumfänglich umschliessend eine periphere, kreisringförmige Randzone ohne Oberflächenstruktur;
- Die länglichen Prismen der erfindungsgemässen Linse sind so in die Oberflächenstruktur integriert und ausgerichtet, dass sie nur über eine einzige freie Kante verfügen, die von der Linsenoberfläche weg weist. Unter Prismen mit dreieckigem oder annähernd dreieckigem Querschnitt sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch solche zu verstehen, deren freie, von der Linsenoberfläche weg weisende Kante abgerundet ist.
- In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine derartige Linse, bei der die periphere, kreisringförmige Randzone eine Dicke aufweist, die genügt, um alle innerhalb der Randzone angeordneten Oberflächenstrukturen zu überragen. Dadurch kann diese verdickte Randzone als Befestigungsbasis für eine plane Schutzabdeckung für die Linse fungieren, die eine Verschmutzung oder Beschädigung der Linse verhindern kann.
- In einer typischen Ausführungsform weist die erfindungsgemässe Linse lichteintrittsseitig 23 längliche Prismen und 14 längliche, konvexe Wölbungen, und lichtaustrittsseitig 38 längliche Prismen auf. Je nach gewünschter Lichtfeldgeometrie kann die Zahl der Prismen und/oder Wölbungen Variieren, ebenso die die Steilheit der Prismen und/oder die Stärke und Breite der konvexen Wölbungen.
- Die erfindungsgemässe Linse besteht typischerweise aus einem schlag- und kratzfesten, transparenten, farblosen Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat (PC), kann prinzipiell aber auch aus Glas, vor allem gehärtetem Glas bestehen.
- In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auch auf eine Leuchte, die mit einer derartigen Linse ausgestattet ist, beispielsweise eine Leuchte mit einem Leuchtmittel, einem Gehäuse, einem Reflektor und der Linse, wobei der Reflektor rotationssymmetrisch um seine Längsachse ausgebildet ist und in Achsrichtung aus drei unmittelbar auf einander folgenden Abschnitten unterschiedlicher Geometrie aufgebaut ist: der dem Leuchtmittel am nächsten gelegene Abschnitt des Reflektors hat die Form eines Rotationsparaboloids mit einer Öffnung im Scheitelpunkt, während die zwei daran anschliessenden Abschnitte jeweils die Form eines sich zur Linse hin konisch erweiternden Kegelstumpfs besitzen, wobei der äussere Abschnitt eine gegenüber dem vorhergehenden, mittleren Abschnitt grössere Steilheit besitzt und optional auch in Zylinderform ausgebildet sein kann.
- Die Öffnung im Scheitelpunkt des ersten Reflektorabschnitts ist in Bezug auf ihren Durchmesser so bemessen, dass sie den Durchtritt eines Leuchtmittels, insbesondere einer Entladungslampe, einer Lampenfassung oder von Kabeln zur Stromversorgung erlaubt.
- Typischerweise ist der Reflektor aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt und weist in den ersten beiden Abschnitten eine hochglanzpolierte oder verspiegelte und im äusseren, dritten, konischen oder zylindrischen Abschnitt eine aufgerauhte innere Oberfläche auf, was bewirkt, dass dieser Teil des Reflektors keinen optischen Beitrag zur Beugung und/oder Brechung der Lichtstrahlen leistet und auch gar nicht leisten soll. Er dient im Prinzip mehr als eine Art Pufferzone, innerhalb derer man die Linsenposition entlang der Längsachse des Reflektors (Brennlinie) etwas variieren kann.
- Die Linse kann lösbar am Lampengehäuse befestigt und gegebenenfalls drehbar im Lampengehäuse gelagert sein.
- Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf die Verwendung einer Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Erzeugung eines rechteckigen Lichtfeldes.
- Die Erfindung bezieht sich weiters auf die Verwendung einer derartigen Leuchte zur Ausleuchtung grosser Flächen wie öffentlichen Plätzen, Erholungsparks, Sportplätzen, Fussballstadien, Skipisten, Sport- und Industriehallen, Parkplätzen, Parkhäusern, Verkehrsflächen aller Art, Tunneln, Gebäudefassaden, Flughäfen, Seehäfen, Militärarealen, Reklametafeln, oder Aussenfassaden von Gebäuden.
- Die erfindungsgemässe Leuchte kann aber auch als Bestandteil optischer Präsentationssysteme wie Projektoren und Beamern, als Fotoleuchte, oder als Spezialleuchte in medizinischen Einrichtungen, insbesondere als OP-Leuchte oder Zahnarztleuchte, oder in Museen zur Ausleuchtung von Gemälden und anderen Exponaten eingesetzt werden.
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- Fig. 1
- zeigt die Lichtaustrittsseite der erfindungsgemässen Linse aus
Fig. 2 in Schrägansicht. - Fig. 2
- zeigt die komplette Linse in einer horizontalen Frontalansicht.
- Fig. 3
- zeigt die Lichteintrittsseite der Linse aus
Fig.2 in Schrägansicht. - Fig. 4A, 4B
- zeigen eine schematische Querschnittsansicht der erfindungs- gemässen Leuchte mit Reflektor und Gehäuse;
Fig. 4A = Details;Fig. 4B = Bemassung - Fig. 5
- zeigt eine schematische Darstellung des Lichtkegels und damit der ausleuchtbaren Fläche einer herkömmlichen Strassenlampe mit einer 120-Grad-Optik gegenüber einer erfindungsgemässen Leuchte mit 160-Grad-Optik, bei Montage in 9m Höhe über Grund.
- Fig. 6
- zeigt die Lichtaustrittsseite einer Variante einer erfindungsgemässen Linse in Schrägansicht.
- Fig. 7A, 7B
- zeigen Querschnitte der Linsenvariante entlang der Schnittlinie A - A, wobei
Fig. 7B die Bemassung zeigt. - Fig. 8
- zeigt die Lichteintrittsseite der Linsenvariante aus
Fig. 7A in Schräg- ansicht. - Fig. 9A, 9B
- zeigen Querschnitte der Linsenvariante aus
Fig. 7A in Schräg- ansicht:Fig. 9A in voller Darstellung,Fig. 9B in Drahtdarstellung. - Fig. 10
- zeigt die horizontale Frontalansicht der Linse aus
Fig. 2 in etwas ver- grösserter Darstellung und mit Bemassung. - Ein vorrangiger Zweck der erfindungsgemässen Leuchte besteht darin, die von einer Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen so zu beugen und zu bündeln, dass mit einem runden Scheinwerferkegel ein rechteckiges Lichtfeld auf einer gegenüber liegenden, planen Fläche erzeugt werden kann.
- Ihr wesentlichster Vorteil liegt darin, dass der Streulichtanteil und damit der unerwünschte Lichtverlust, typischerweise unter 10% liegt, dass also wenigstens 90% des übrigen, aus der Linse austretenden Lichts auf das zu beleuchtende Zielobjekt in Form eines rechteckigen Lichtfeldes abgestrahlt werden.
- Die Erfindung zeichnet sich weiters dadurch aus, dass das erzeugte Lichtfeld vom hellen Zentrum ausgehend nur geringfügig in Richtung zum Rand hin an Lichtintensität verliert und erst im Randbereich selbst eine davon abweichende, signifikant geringere Lichtintensität aufweist. Dadurch wird es möglich, ein durchgehendes Lichtband annähernd konstanter Helligkeit zu erzielen, wenn man die erfindungsgemässen Leuchten so neben einander platziert, dass die Randbereiche der abgestrahlten Lichtfelder einander überlappen. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchten, kann ausserdem in manchen Fällen die Anzahl der Leuchten verringert werden, wodurch vor allem Wartungskosten, Stromkosten, Infrastruktur- und Montagekosten deutlich sinken.
- Durch die präzise Lichtverteilung entsteht fast kein Abfalllicht und nur eine sehr geringe seitliche Blendung. Dies hilft, die Beleuchtungseffizienz zu steigern und die Wattleistung zu verringern, sodass man selbst mit relativ schwachen Leuchtmitteln ein sehr helles Lichtfeld erzeugen kann.
- Erzielt werden diese Effekte und Vorteile durch die in
Fig. 4 schematisch dargestellte Leuchte 1 mit einer Lichtquelle 2, einem Lampengehäuse 3, einem Reflektor 4 und einem runden Linsensystem 5. - Die Lichtausbeute wird massgeblich durch die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit des verspiegelten Reflektors beeinflusst, während für den Leuchteffekt in erster Linie die Geometrie der Linse entscheidend ist. Aus diesem Grunde weist die erfindungsgemässe Linse 5, 5a, die eine kreisrunde Form hat, an der Lichteintrittsseite 51, 51 a eine andere Oberflächengeometrie als an der Lichtaustrittsseite 52 auf.
- Unter Lichteintrittsseite ist hierin jene Seite der Linse gemeint, die bei erfolgtem Einbau der Linse in der erfindungsgemässen Leuchte der Lichtquelle bzw. dem Leuchtmittel zugewandt ist. Unter Lichtaustrittsseite ist folglich die gegenüber liegende Seite der Linse zu verstehen, also jene Seite, die bei Einbau der Linse in der erfindungsgemässen. Leuchte dem zu beleuchtenden Objekt zugewandt ist.
- Die Linse 5, 5a enthält am Rand eine kreisringförmige Randzone 53 ohne spezielle Oberflächenstruktur. An diese Randzone schliesst sich in Richtung zur Linsenmitte hin auf der Lichteintrittsseite 51, 51 a ein kreisringförmiger Abschnitt 511 an, der eine Oberflächenstruktur aus parallel zueinander angeordneten Reihen von länglichen, wulstartigen Erhebungen bzw. Wölbungen aufweist, wobei die Wölbungen konvexer Natur sind und quer zur Längsachse der jeweiligen länglichen Erhebungen verlaufen. Die solcherart konvex gekrümmten, länglichen Erhebungen bzw. Wölbungen ähneln bei Draufsicht der Form einer Jalousie mit konvex gekrümmten Plastiklamellen in maximaler Verschluss- bzw. Beschattungsstellung.
- Der innerhalb dieses Kreisringes verbleibende und unmittelbar an diesen anschliessende zentrale Abschnitt 512 ist kreisflächenförmig mit einer Oberflächenstruktur aus parallel zueinander angeordneten Reihen aus länglichen Prismen mit annähernd dreieckigem Querschnitt, die entlang ihrer Längsachse nach aussen hin, d.h. in der von der Linsenoberfläche weg weisenden Richtung, spitz zulaufen. Ihre seitlichen Flanken sind nicht streng planar sondern leicht konkav gekrümmt (siehe Querschnitte in
Fig. 9A und 9B ), sodass jeweils zwei solcher länglichen Prismen zwischen einander ein U-förmiges Trogtal ausbilden. - An der Lichtaustrittsseite 52, 52 a der Linse schliesst sich an die äussere Randzone 53 ein kreisringförmiger Abschnitt 521 mit einer Oberflächenstruktur aus parallel zueinander angeordneten Reihen aus ebenfalls länglichen, spitz zulaufenden Prismen mit dreieckigem Querschnitt an, gefolgt von einem zentralen, kreisflächenförmigen Abschnitt mit glatter Oberfläche. Er besteht aus zwei gleich grossen Hälften, die an einer zentral durch die Kreisfläche verlaufenden, gedachten Schnittlinie 524 nahtlos in einander übergehen und dort ihre geringste Dicke haben. In einer anderen Ausführungsform ist die Schnittlinie in verbreiterter Form als bandförmiger Abschnitt präsent, der die beiden halbkreisflachenförmigen Abschnitte von einander beabstandet und gleichzeitig miteinander verbindet. Die beiden Kreisflächenhälften sind dabei so angeordnet, dass die gedachte Schnittlinie bzw. der bandförmige Linsenabschnitt parallel zu den Prismenreihen auf derselben Seite verlaufen. Die planen Oberflächen dieser beiden halbkreiskreisflächenförmigen Linsenabschnitte 522, 523, 522a, 523a liegen nicht in der zentralen Linsenebene oder parallel zu dieser, sondern steigen in Form schiefer Ebenen in zentrifugaler Richtung, also in einer Richtung senkrecht zur gedachten Schnittlinie, an, da die beiden Abschnitte 522, 523, 522a, 523a jeweils zum Rand hin dicker werden und eine keilförmige Gestalt annehmen. Die planen, nicht gewölbten Oberflächen der beiden halbkreisflächenförmigen Linsenabschnitte 522, 523 bilden miteinander - in Bezug auf die Linsenebene - einen sich nach aussen hin öffnenden, stumpfen Winkel, sodass der kreisflächenförmige Linsenabschnitt von der aus Seite betrachtet einen Knick aufzuweisen scheint. Im Falle der Ausführungsform mit dem dazwischen liegenden, bandförmigen Linsenabschnitt, ergeben sich bei dieser Betrachtungsweise zwei Knickstellen.
- Auf der Lichteintrittsseite sind die parallelen Reihen der konvexen Wölbungen des Abschnitts 511 in einem Winkel von 90 Grad verdreht zu den parallelen Reihen der länglichen Prismen des Abschnitts 512 auf derselben Linsenseite angeordnet.
- Hingegen weisen die Prismenreihen lichteintrittsseitig und lichtaustrittsseitig dieselbe Orientierung auf (siehe Querschnitte in
Fig. 9A und 9B ). - In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Leuchte ist der Reflektor 4 rotationssymmetrisch um seine Längsachse ausgebildet und in Achsrichtung aus drei Abschnitten 41, 42, 43 unterschiedlicher Geometrie aufgebaut. Dadurch wird ein Grossteil des vom Leuchtmittel innerhalb des Reflektors in seitlichen Richtungen abgestrahlten Lichts zur Linse geleitet.
- Insbesondere ist der Reflektor so gestaltet, dass der der Lichtquelle am nächsten gelegene Abschnitt 41 die Form eines Rotationsparaboloids hat und eine Öffnung im Scheitelpunkt aufweist, während der daran anschliessende, mittlere Abschnitt 42 und ebenso der nachfolgende, äussere Abschnitt 43 die Form eines sich nach aussen, d.h. in Richtung zur Linse, hin konisch erweiternden Kegelstumpfs besitzen, wobei jedoch der äussere Abschnitt 43 eine steilere Kegelform aufweist als der mittlere. Gegebenenfalls kann dieser äussere Abschnitt auch die Form eines Zylinders annehmen.
- Die Öffnung im Scheitelpunkt des Reflektors ist typischerweise so bemessen, dass der Durchtritt einer Lichtquelle, beispielsweise einer Hochdruck-Entladungslampe, einer Lampenfassung, oder von Kabeln zur Stromversorgung möglich ist.
- Der Reflektor 4 ist ausserdem typischerweise aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt und weist in den inneren Abschnitten 41 und 42 eine hochglanzpolierte oder verspiegelte und im äusseren Abschnitt 43 eine aufgerauhte innere Oberfläche auf. Durch die aufgerauhte Oberfläche des äusseren Abschnitts wird verhindert, dass von diesem Reflektorabschnitt ein optischer Beitrag zur Reflexion und/oder Beugung des vom Leuchtmittel emittierten Lichts geleistet wird.
- Ganz anders hingegen der mittlere Abschnitt: er ist ebenfalls konisch, jedoch mit einer flacheren Kegelform, und hat als Funktion die Aufgabe, das von der Linse via Beugung und Totalreflexion an den als Diffusoren wirkenden Prismenreihen in den Reflektor zurück gelenkte Licht der Linse erneut zuzuführen, sodass das vom Paraboloid-Teil des Reflektors im Brennpunkt in der Linsenebene gebündelte Licht auf eine möglichst grosse Brennfläche verteilt wird, bevor es die Linse verlässt. Die Brennfläche liegt dabei genau in der Linsenebene. Durch diese Linsengeometrie im Zusammenspiel mit dem speziell darauf abgestimmten Reflektor wird ausserdem bewirkt, dass möglichst viel Licht die Linse über gezielte interne Totalreflexion in der Linsenoptik verlässt und nicht nur durch materialabhängige Beugung. Damit gelingt es, die Lichtintensität des abgestrahlten Lichts über eine grössere Fläche des Lichtfeldes einheitlich zu verteilen.
- In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Leuchte ist die Linse 5 beweglich, d.h. drehbar, am Lampengehäuse 3 angebracht, sodass sich durch einfaches Verdrehen der Linse in der Linsenebene das Lichtfeld ebenfalls drehen lässt. Dadurch kann eine fix installierte Leuchte an geänderte Beleuchtungserfordernisse leicht und schnell angepasst werden, ohne dass es deswegen zu einem Lichtverlust käme. Der Grund dafür liegt im rotationssymmetrischen Reflektor.
- Die Linse selbst ist vorzugsweise aus einem geeigneten schlag- und kratzfesten, transparenten, farblosen Kunststoff wie z.B. Polycarbonat gefertigt, oder gegebenenfalls aus gehärtetem Glas, sodass sie an sich keinen speziellen Schutz vor mechanischer Beschädigung benötigt. Dennoch kann es für manche Einsatzwecke vorteilhaft sein, der Linse noch ein planes Schutzglas vorzuschalten, beispielsweise um eine Verschmutzung oder Beschädigung der Linsenoptik zu verhindern und eine leichtere Reinigung der Leuchte zu ermöglichen. Dies ist speziell in der in den
Figuren 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform mit verdickter Randzone 53 besonders gut möglich. - Blickt man von vorne auf eine erfindungsgemässe Leuchte im eingeschalteten Zustand, so sieht man wegen der Prismenanordnung nicht zur Lichtquelle durch, wodurch sich als weiterer Vorteil ein erheblich reduzierter Blendeffekt ergibt.
- Mit einer einzigen Leuchte dieses Typs kann man beispielsweise ein rechteckiges Feld von 35 x 10 m nahezu gleichmässig ausleuchten, wobei man dafür nicht wie bei herkömmlichen Leuchten 300 Watt benötigt sondern nur maximal 30-60 Watt.
- Der Unterschied der von einer Standard-Strassenlampe mit einer 120-Grad-Optik ausgeleuchteten Fläche und der von einer erfindungsgemässen Leuchte mit einer 1 60-Grad-Optik ausgeleuchteten Fläche bei Montage der Leuchte in 9 m Höhe über Grund (z.B. Fahrbahn), wird in
Fig. 5 veranschaulicht. Die dort angegebenen Werte sind allerdings als Näherungswerte anzusehen und können um etwa 10% davon abweichen. In der Praxis sind allerdings Lichtwinkel von 160° selbst mit der erfindungsgemässen Optik nicht mehr in derselben Qualität und Ökonomie zu erzeugen wie Lichtwinkel von 130 Grad und darunter. Die mit der erfindungsgemässen Optik bevorzugt erzeugbaren Lichtwinkel liegen im Bereich von 30 bis 130 Grad, insbesondere von 60 bis 120 Grad. - Die gesamte Linsenoptik einschliesslich Reflektor kann in verschiedene Gehäusearten eingebaut werden, z.B. in die Lampengehäuse von Flutleuchten, Strassenleuchten und Sonderleuchten verschiedenster Art.
- Die erfindungsgemässe Leuchte ist besonders zur Ausleuchtung grosser Flächen geeignet, wie z.B. öffentlichen Plätzen, Erholungsparks, Sportplätzen, Fussballstadien, Skipisten, Sport- und Industriehallen, Parkplätzen, Parkhäusern, Verkehrsflächen aller Art, Tunneln, Flughäfen, Seehäfen, Militärarealen, Reklametafeln, Aussenfassaden von Gebäuden, etc. Sie kann aber auch Bestandteil optischer Präsentationssysteme wie Projektoren und Beamern sein. Ebenso kann sie als Fotoleuchte für professionelle Fotografen oder als Spezialleuchte in medizinischen Einrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise als OP-Leuchte oder Zahnarztleuchte, oder in Museen zur gleichmässigen Ausleuchtung von Gemälden und anderen Exponaten.
- Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen weiter erläutert. Die Erläuterungen dienen ausschliesslich der besseren Verständlichmachung der Erfindung und erlauben keinerlei Rückschlüsse auf eine Einschränkung der Erfindung auf die angeführten Beispiele.
- Ein Ziel der Erfindung ist es, sehr grosse Flächen mit einem sehr geringen Stromverbrauch auszuleuchten. Einsparungen von bis zu 80 % gegenüber herkömmlichen Leuchten mit Metallhalid-, Quecksilber-, Natrium-Hochdruck- oder Natrium-Niederdruck-Lampen sind mit der erfindungsgemässen Leuchte möglich.
- Die Linse besteht vorzugsweise aus PC (Polykarbonat), kann aber auch aus Glas oder anderen transparenten, lichtdurchlässigen Materialen bestehen, wobei dann allerdings die Linsengeometrie an die gegenüber PC geänderten Lichtbrechungsindizes anzupassen ist.
- Die Linsenoptik am Beispiel einer typischen erfindungsgemässen Leuchte mit einem Streuwinkel von 60°x130° (d.h. einem rechteckigen "Lichtkegel") ist in den Abbildungen
Fig. 1 - 3 undFig. 10 dargestellt. - Die Linse 5, 5a hat einen Gesamtdurchmesser von 190 mm (Abstand k in
Fig. 7B undFig.10 ), wobei der Linsenteil mit strukturierter Oberfläche nur 180 mm einnimmt (Fig.7B ,Fig. 10 , Abstand i). Der Rest entspricht der Randzone 53 inFig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 , die folglich eine Breite von 5 mm besitzt. Das innere Linsenarray, bestehend aus dem lichteintrittseitigen Abschnitt 512 und den lichtaustrittsseitigen Abschnittsteilen 522 und 523 bzw. 522a und 523a, hat einen Durchmesser von 120 mm (Abstand h), kann aber je nach gewünschtem Streuwinkel geringfügig variieren. Dem entsprechend hat das äussere kreisringförmige Linsenarray, bestehend aus den Abschnitten 511 (lichteintrittsseitig) und 521 (lichtaustrittsseitig), eine Breite von 30 mm, kann aber je nach Variation des inneren Linsenarrays ebenfalls variieren. Die maximale Dicke der Linse, gemessen von Prismenspitze bzw. Prismenkante lichteintrittsseitig zu Prismenspitze bzw. Prismenkante lichtaustrittsseitig beträgt 10.7 mm (Fig. 10 , Abstand m) bis 12m (Fig. 7B , Abstand M), die Dicke des randständigen Ringbereiches 53 beträgt 3.8 mm (Fig. 10 , Abstand n) bis 9.5mm (Fig. 7B , Abstand N). In der in den Abbildungen (z.B.Fig. 3 ) dargestellten Ausführungsform weist das innere Linsenarray 512 auf der Lichteintrittsseite genau 23 parallele Prismenreihen auf, während das äussere kreisringförmige Linsenarray 521 auf der Lichtaustrittsseite genau 38 parallele Prismenreihen aufweist. Zusätzlich besitzt in dieser Ausführungsform der Linse der kreisringförmige Abschnitt 511 auf der Lichteintrittsseite eine Oberflächenstruktur aus genau 14 parallel zueinander angeordneten Reihen von quer zu ihrer Längsachse konvex gekrümmten, länglichen, jalousieartigen Wölbungen. - Der zugehörige Reflektor, wie in
Fig. 4A und Fig.4B dargestellt, weist an seinem offenen Ende, d.h. am äusseren Ende A des Reflektorabschnitts 43, eine dem Linsendurchmesser angepasste lichte Weite von 190 mm auf (Abstand a inFig. 4B ) und am Ende B des Abschnitts 42 ein solche von 182 mm (Abstand b). Die am Scheitelpunkt C des Reflektors befindliche Öffnung hat einen Durchmesser von 30 mm (Abstand c). Die Gesamtlänge des Reflektors, ausgedrückt durch die Länge seiner durch den Brennpunkt verlaufenden Längsachse oder Brennlinie, beträgt vom Scheitelpunkt C bis zum Schnittpunkt der Brennlinie mit der Ebene A am Ende des äusseren Reflektorabschnitts 43, 130 mm (Abstand d). Der Abstand vom Scheitelpunkt C bis zum Zentrum D der Lichtquelle 2, beträgt 31 mm (Abstand e), der Abstand vom Scheitelpunkt C bis zum Schnittpunkt der Brennlinie mit der Ebene B am Ende des mittleren Reflektorabschnitts 42 beträgt 94.5 mm (Abstand f), und der Abstand vom Zentrum D der Lichtquelle bis zum Schnittpunkt der Brennlinie mit der Ebene A am Ende des äusseren Reflektorabschnitts 43 beträgt 91 mm (Abstand g). - Die erwünschte Lichtverteilung entsteht durch ein Zusammenspiel der beiden Linsenseiten, zusätzlich unterstützt vom Reflektor, dessen Abmessungen ebenfalls leicht variieren können. Die erfindungsgemässe Linsenoptik ist vor allem für den Einsatz von Hochdruck-Entladungslampen gedacht, insbesondere von handelsüblichen CDM und CPO Leuchtmitteln, kann aber prinzipiell auch mit anderen Leuchtmitteln kombiniert werden.
- Die oben beschriebene Linse erzeugt ein rechteckiges Lichtbild mit einem Streuwinkel von ca. 130° x 60° bei einem Neigungswinkel von 90° zur angestrahlten planen Fläche. Dies entspricht einem effektiven Lichtfeld von ca. 32m x 10m bei einer Lichtpunkthöhe von 10 m. Linsenvariationen mit leicht abgeändertem Linsenmuster dienen zur Erzielung anderer Lichtstreuwinkel, wie z.B. in nachstehender Tabelle 1 aufgelistet. Zur Erzielung dieser Effekte werden die Winkel der prismenartigen Erhebungen sowie der Durchmesser und die Neigung der einzelnen Linsenelemente, sowie gegebenenfalls die Breite und Stärke der Krümmung der konvexen, wulstartigen Wölbungen variiert.
- Die Abbildungen
Fig. 6 bis 9 zeigen eine Linsenvariante mit dickerem Randbereich 53a, der lichtaustrittsseitig die Prismenkanten überragt, um so beispielsweise die Anbringung einer transparenten, planen Schutzabdeckung direkt auf der Linse zu ermöglichen. Darüber hinaus grenzen bei dieser Variante die beiden schrägen Hälften 522a und 523a des lichtaustrittseitigen, inneren Linsenarrays - anders als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform - nicht über eine gedachte Schnittlinie 524 direkt aneinander, sondern sie werden durch einen - bei Draufsicht rechteckförmig erscheinenden - planen Linsenteil 524a von einander getrennt. Aus den Querschnittsansichten derFiguren 7A, 7B ,9A und 9B sind die Strukturen dieser Linsenvariante 5a ebenfalls gut zu erkennen. Auch in dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl der Prismenreihen lichteintrittsseitig 23, lichtaustrittsseitig 38 und die Zahl der lichteintrittseitigen konvexen Wölbungen 14. Ebenso sind die beiden Kreisflächenhälften so angeordnet, dass der zwischen ihnen befindliche, rechteckförmige, plane Linsenabschnitt 524a mit seinen Längsseiten parallel zu den Prismenreihen des an die Kreisfläche anschliessenden kreisringförmigen Abschnittes derselben Linsenseite verläuft. Typischerweise sind die erfindungsgemässen Linsen unabhängig von ihrer Linsengeometrie einstückig ausgeführt, also nicht aus einzelnen Linsenteilen zusammen geklebt, sondern aus einem Guss, hergestellt mittels entsprechender Gussformen. -
- Für die Praxis werden bevorzugt solche Linsen-Variationen eingesetzt, die Lichtstreuwinkel von 30° x 60°, 60° x 90°, 60° x 130°, 60° x 150°, 40° x 130°, oder 40° x 150° erzeugen. Weitere Variationen und Kombinationen an Lichtstreuwinkeln und die damit erzielbare Lichtspreizung in Metern, in Abhängigkeit zur Entfernung der Leuchte von der angestrahlten Fläche, sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
- So wird mit der in diesem Beispiel beschriebenen, erfindungsgemässen Leuchte bei einem Lichtstreuwinkel von 60 x 90 Grad und einer Montage der Leuchte in 10 m Höhe ein rechteckiges Lichtfeld von ca. 11.5 m Breite und 20 m Länge, entsprechend einer Fläche von rund 230 m2, ausgeleuchtet. Bei Verwendung der erfindungsgemässen Leuchte lassen sich dabei Hochdruckentladungslampen mit einer Leistung von 250 W durch solche mit einer Leistung von lediglich 70 W oder gegebenenfalls sogar 35 W bei gleich guter Sichtbarkeit des angestrahlten Objekts ersetzen.
-
1 erfindungsgemässe Leuchte 2 Leuchtmittel 3 Lampengehäuse 4 Reflektor 41 parabolischer Reflektorabschnitt 42 erster konischer Reflektorabschnitt 43 zweiter konischer Reflektorabschnitt 5, 5a Linse 51, 51a Lichteintrittsseite der Linse 52, 52a Lichtaustrittsseite der Linse 53, 53a kreisringförmige, unstrukturierte Randzone der Linse 511 kreisringförmiger Linsenabschnitt lichteintrittseitig, mit jalousieartiger Oberflächenstruktur aus konvex gekrümmten, wulstartigen Wölbungen 512 zentraler, kreisflächenförmiger Abschnitt lichteintrittseitig, mit einer Oberflächenstruktur aus parallel zueinander angeordneten Reihen aus länglichen, spitz zulaufenden Prismen mit annähernd dreieckigem Querschnitt 521 kreisringförmiger Abschnitt lichtaustrittsseitig, mit einer Linsenstruktur aus parallel zueinander angeordneten Reihen aus länglichen, spitz zulaufenden Prismen mit dreieckigem Querschnitt 522, 523 522a, 523a keilförmige Halbkreisflächen des lichtaustrittsseitigen zentralen, kreisflächenförmigen Abschnitts 524, 524a gedachte Schnittlinie bzw. bandförmiger Linsenabschnitt zwischen den keilförmigen Halbkreisflächen, lichtaustrittsseitig
Claims (13)
- Scheinwerferlinse (5, 5a) in Form einer kreisrunden Scheibe, geeignet zur Erzeugung eines rechteckigen Lichtfeldes auf einer planen Oberfläche, mit einer einem Leuchtmittel zuzuwendenden Lichteintrittsseite (51, 51 a) mit zugehöriger Oberflächenstruktur, und einer der Lichteintrittsseite gegenüber liegenden Lichtaustrittsseite (52, 52a) mit zugehöriger Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (5, 5a) folgende Merkmale aufweist:a) lichteintrittsseitig einen zentralen, kreisflächenförmigen Abschnitt (512) mit einer Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von länglichen, parallel zueinander angeordneten, die gesamte jeweils verfügbare Kreisfläche überspannenden Prismen mit annähernd dreieckigem Querschnitt und dazwischen liegenden, annähernd U-förmigen Trogtälern;b) lichteintrittsseitig unmittelbar an den kreisflächenförmigen Abschnitt (512) anschliessend und diesen vollumfänglich umschliessend einen kreisringförmigen Abschnitt (511) mit einer Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von länglichen, parallel zueinander angeordneten, quer zu ihrer Längsachse konvex gekrümmten, jalousieartigen Wölbungen, die die gesamte jeweils verfügbare Kreisringfläche überspannen;c) lichtaustrittsseitig einen zentralen, kreisflächenförmigen Abschnitt mit zwei gleich grossen, halbkreisflächenförmigen Hälften (522, 523, 522a, 523a) mit keilförmigem radialen Querschnitt, die entlang einer gedachten Schnittlinie (524) entweder unmittelbar aneinander grenzen oder durch einen bandförmigen Linsenabschnitt (524a) von einander beabstandet werden, im Bereich der gedachten Schnittlinie ihre dünnste Stelle aufweisen und von dort aus in zentrifugaler Richtung dicker werden, so dass ihre planen Oberflächen schiefe Ebenen darstellen, die in Richtung zum Linsenrand hin ansteigen;d) lichtaustrittsseitig unmittelbar an den kreisflächenförmigen Abschnitt anschliessend und diesen vollumfänglich umschliessend einen kreisringförmigen Abschnitt (521) mit einer Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von länglichen, parallel zueinander angeordneten, die gesamte jeweils verfügbare Kreisringfläche überspannenden Prismen mit dreieckigem Querschnitt und dazwischen liegenden V-förmigen Tälern; sowiee) lichteintrittsseitig und lichtaustrittsseitig unmittelbar an die kreisringförmigen Abschnitte anschliessend und diese vollumfänglich umschliessend eine periphere, kreisringförmige Randzone (53, 53a) ohne Oberflächenstruktur;
wobei lichteintrittsseitig die länglichen, jalousieartigen Wölbungen des kreisringförmigen Abschnitts (511) gegenüber den länglichen Prismen des kreisflächenförmigen Abschnitts (512) auf derselben Seite um einen Winkel von 90 Grad verdreht angeordnet sind, wobei ausserdem lichtaustrittsseitig die gedachte Schnittlinie (524) bzw. der bandförmige Linsenabschnitt (524a) zwischen den halbkreisflächenförmigen Abschnittshälften in derselben Richtung verläuft wie die länglichen Prismen des kreisringförmigen Abschnitts auf dieser Seite, und wobei die länglichen Prismen auf der Lichteintrittseite und jene auf der Lichtaustrittsseite in der gleichen Richtung verlaufend angeordnet sind. - Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere, kreisringförmige Randzone (53, 53a) eine Dicke aufweist, die genügt, um alle innerhalb der Randzone angeordneten Oberflächenstrukturen zu überragen.
- Linse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie lichteintrittsseitig 23 längliche Prismen und 14 längliche, konvexe Wölbungen und lichtaustrittsseitig 38 längliche Prismen aufweist.
- Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Prismen solche umfassen oder aus solchen bestehen, deren freie, von der Linsenoberfläche weg weisende Kante abgerundet ist.
- Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus gehärtetem Glas oder einem schlag- und kratzfesten, transparenten, farblosen Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat, besteht.
- Leuchte (1) ausgestattet mit einer Linse (5, 5a) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
- Leuchte nach Anspruch 6, mit einem Leuchtmittel (2), einem Gehäuse (3), einem Reflektor (4) und der Linse (5, 5a), dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) rotationssymmetrisch um seine Längsachse ausgebildet ist und in Achsrichtung aus drei Abschnitten (41, 42, 43) unterschiedlicher Geometrie aufgebaut ist, wobei der dem Leuchtmittel am nächsten gelegene Abschnitt (41) des Reflektors (4) die Form eines Rotationsparaboloids hat und eine Öffnung im Scheitelpunkt aufweist, und die zwei daran anschliessenden Abschnitte (42, 43) jeweils die Form eines sich zur Linse hin konisch erweiternden Kegelstumpfs besitzen, wobei der äussere Abschnitt (43) eine gegenüber dem vorhergehenden, mittleren Abschnitt (42) grösser Steilheit besitzt und optional auch in Zylinderform ausgebildet sein kann.
- Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung im Scheitelpunkt des ersten Reflektorabschnitts (41) für den Durchtritt eines Leuchtmittels, insbesondere einer Entladungslampe, einer Lampenfassung oder von Kabeln zur Stromversorgung bemessen ist.
- Leuchte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, gefertigt ist und in den ersten beiden Abschnitten (41, 42) eine hochglanzpolierte oder verspiegelte und im dritten, konischen oder zylindrischen Abschnitt (43) eine aufgerauhte innere Oberfläche aufweist.
- Leuchte nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (5, 5a) lösbar am Lampengehäuse (3) befestigt und vorzugsweise drehbar im Lampengehäuse (3) gelagert ist.
- Verwendung einer Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Erzeugung eines rechteckigen Lichtfeldes.
- Verwendung einer Leuchte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, zur Ausleuchtung von grossen Flächen wie öffentlichen Plätzen, Erholungsparks, Sportplätzen, Fussballstadien, Skipisten, Sport- und Industriehallen, Parkplätzen, Parkhäusern, Verkehrsflächen aller Art, Tunneln, Gebäudefassaden, Flughäfen, Seehäfen, Militärarealen, Reklametafeln, oder Aussenfassaden von Gebäuden.
- Verwendung einer Leuchte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, als Bestandteil optischer Präsentationssysteme wie Projektoren und Beamer, als Fotoleuchte oder als Spezialleuchte in medizinischen Einrichtungen, insbesondere als OP-Leuchte oder Zahnarztleuchte, oder in Museen zur Ausleuchtung von Gemälden und anderen Exponaten.
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