EP4001748A1 - Strahler sowie leuchte mit einer vielzahl solcher strahler - Google Patents

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EP4001748A1
EP4001748A1 EP21209363.7A EP21209363A EP4001748A1 EP 4001748 A1 EP4001748 A1 EP 4001748A1 EP 21209363 A EP21209363 A EP 21209363A EP 4001748 A1 EP4001748 A1 EP 4001748A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
optical element
light source
main
rays
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21209363.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Anselm
Christian Reisecker
Georg Spielberger
Peter Tanler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bartenbach Holding GmbH
Original Assignee
Bartenbach Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bartenbach Holding GmbH filed Critical Bartenbach Holding GmbH
Publication of EP4001748A1 publication Critical patent/EP4001748A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F21V5/08—Refractors for light sources producing an asymmetric light distribution
    • 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
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • 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
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • 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
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0091—Reflectors for light sources using total internal reflection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/20—Lighting for medical use
    • F21W2131/205—Lighting for medical use for operating theatres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention generally relates to lights that use a large number of spotlights to generate a luminous field that can be adjusted in terms of its field width and/or its focus and, if necessary, also in terms of its color temperature. Such lights are used, for example, as surgical lights.
  • the invention also relates to the individual emitters of such a lamp, with such an emitter having a matrix-like light source arrangement, an optical element for shaping the light emitted by the light source arrangement into a beam of rays, and an adjustment device for adjusting the widening and/or focusing of the beam of rays.
  • Lights such as surgical lights, often include an array of emitters, each emitting a bundle of rays, which together produce a luminous field that illuminates a specific target area, such as a wound in a patient on an operating table, in the manner of a column of light.
  • a specific target area such as a wound in a patient on an operating table
  • such surgical lights or similar lights illuminate very small fields with very high illuminance levels of the order of 1 to 2 times the illuminance of the sun, with, for example Fields of 10 to 40 cm or 15 to 30 cm in size can be illuminated at a distance of about 1 m.
  • the width or diameter of the illuminated field can be adjusted or if the focus can be changed in order to have a certain field width at a certain distance from the lamp.
  • the light color or color temperature in the light field can also be changed in order to achieve the desired illumination or to be able to adapt the illumination to different boundary conditions.
  • Such lights are known from practice, for example under the product name marLED X ® from the company KLS Martin or under the product name TruLight 5000 ® from the company Trumpf Medical, a surgical light is known which can be switched with regard to the color temperature generated in the light field and whose light field with regard to of the diameter can be gradually adjusted.
  • the spotlights combined in a plate-shaped or plate-shaped luminaire body each comprise LEDs as light sources, the emitted light of which is formed into bundles of rays by means of optical elements, which together produce the luminous field of the luminaire.
  • such lights regularly have two or more types of spotlight groups, which are switched on and off alternatively or switched on in combination depending on the desired diameter of the illuminated field.
  • the individual radiators themselves have a fixed expansion or a fixed zoom factor.
  • the narrow beam radiators are switched on to generate a narrower column of light, while the broader beaming or defocused radiators are switched on or possibly also switched on to generate a wider column of light.
  • more than two groups of radiators can also be provided in order to be able to adjust the field width in more than two stages, with the radiators being switched on and off in the digital sense or alternatively also being dimmed to different levels of brightness so that, for example, a wide lens can be driven to 10% of the maximum brightness and a narrow lens to 90% of the maximum brightness to achieve a narrow column of light.
  • this ability to switch between different groups of radiators or their ability to be dimmed to different brightness levels means that there are always black or non-illuminated or hardly illuminated sections in the luminaire, namely always there where a corresponding radiator is currently switched off because the beam of rays it generates does not fit in terms of expansion.
  • This has various disadvantages. For example, multi-shadows occur when, for example, an operator's hand reaches into the light column.
  • a large number of radiators or components is required, which is doubled or tripled, so to speak, if the field width is to be adjustable in two or three stages.
  • the light source can, so to speak, be adjusted relative to the main axis of the optical element, as a result of which the bundle of rays emitted by the optical element is shaped differently. It should be noted, however, that this is not about imaging optics, for example in the sense of a beamer or a slide projector, but about the bright illumination of a specific target area with very high illuminance levels in the most uniform way possible. As mentioned at the outset, a wound on a patient who is on an operating table, for example, should be illuminated very brightly and without shadows, and the beam of rays should be adapted to the size and position of the target area.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an improved lamp of the type mentioned and an improved radiator for such a lamp To create light, avoid the disadvantages of the prior art and develop the latter in an advantageous manner.
  • a simple adjustability with regard to the alignment of the illuminated field generated in the target area should be achieved without having to buy this through lighting impairments such as multiple or colored shadows or requiring expensive, sensitive adjustment mimics and a large number of components for this.
  • radiators according to claim 1 and a luminaire with a plurality of such radiators according to claim 15.
  • Preferred developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
  • the optical element for shaping the light received from the light source matrix is designed to reflect all of the received light the same number of times when it is shaped into a bundle of rays, with the number of reflection processes R of each received light beam on the optical element satisfying the relationship 0 ⁇ R ⁇ n and n is a natural number ⁇ 10, wherein the adjusting device has an operating mode for adjusting the direction of emission and/or main axis of the beam of rays, in which, in order to tilt the direction of emission and/or main axis of the beam of rays, different subgroups of the light sources are controlled which are asymmetrical to different extents with respect to the optical main axis of the optical element are arranged offset.
  • This approach to adjusting the light field is based on the consideration that the bundle of rays emitted by an optical element shifts, depending on where the light, which the optical element then transforms, strikes the optical element. Depending on which position a light source assumes relative to the main optical axis of the optical element, the optical element emits the light received from the light source in different directions or with different main axes and possibly also different expansions.
  • the optical element If, by skilfully switching on and off or dimming up and down light sources or groups of light sources arranged asymmetrically to different degrees, light that is offset to different degrees transversely from its main optical axis is applied to the optical element, the optical element emits a differently aligned or tilted beam.
  • Such an electronic adjustment of the widening and/or focusing of the beam of rays at the level of the radiator itself not only makes it possible to dispense with expensive and complex mechanical adjustment devices, but also avoids undesirable lighting disadvantages such as multiple shadows, as are the case with luminaire fields with two types of radiators the light field adjustment occur, or color shadows, as they occur in light fields with two different colored radiator groups. At the same time, the required number of parts can be drastically reduced.
  • the equal number of reflection processes on the optical element allows the main emission direction of the generated beam to be tilted cleanly, without having the counter-effects that occur in previous radiators with electronic zoom.
  • part of the light beams is regularly emitted unreflected at the optical element that forms the beam bundle, while another part of the light beams is reflected once.
  • the LED matrix Laterally emitted light beams are reflected on the reflector wall and thus reflected once into the bundle of rays emitted by the reflector, while the central part of the light emitted by the LED_Matrix passes unreflected through the center of the reflector into the bundle of rays emitted overall.
  • the entire light received by the optical element means in this respect the entire light impinging on the optical element and/or passing through the optical element, which forms the shaped beam of rays of the radiator downstream of the optical element.
  • the number of reflection processes that is the same for all light beams can be different.
  • a lens working with total reflection can be designed to deflect all received light rays twice by total reflection or, if necessary, by reflection when a reflective coating is provided, it being possible for the light rays to be deflected two more times by refraction when entering and exiting the lens. each ray of light is deflected four times, twice by reflection and twice by refraction.
  • a reflector is used as the optical element, all light beams can be deflected exactly once, with the light source matrix and the reflector being arranged in such a way that no unreflected light beams emerge from the reflector and/or the light emitted by the light source arrangement is essentially completely directed onto the reflector falls.
  • a lens can also be used as the optical element, which provides no deflections at all by reflection for all received light beams, so that in this case the number of reflections mentioned is zero.
  • Such a lens deflects the received light rays only by refraction at the entrance and exit surfaces. This also makes it possible to avoid the described compensation effect with regard to the deflection caused by reflection that takes place at different times.
  • the matrix-like light source arrangement can comprise at least one light source or group which is arranged symmetrically and/or coaxially with respect to the main optical axis of the optical element emitting the beam of rays, and at least one further light source or group which is arranged with respect to the said main optical axis of the
  • the optical element is arranged asymmetrically or transversely offset thereto, with the symmetrically arranged and asymmetrically arranged light sources or groups mentioned being individually controllable, so that depending on the operating mode of the control device for setting the widening and/or focusing of the beam of rays, only one of the two light sources or Groups and at other times both light sources or groups radiate, so that the light bundles formed from this by the optical element complement each other or do not complement each other, in order to produce a beam that is expanded to different extents or focused differently to generate bundles.
  • the matrix-like light source arrangement can also have three or more light sources or groups that can be controlled individually and are transversely offset to different extents or are arranged asymmetrically to different degrees with respect to the main optical axis of the optical element, so that different Combination of the light sources or groups of light sources mentioned, widenings of different magnitudes or different focussing of the beam of rays generated as a whole can be achieved.
  • control device mentioned for controlling the light sources individually and/or in groups can be designed to broaden the beam of rays and/or to bring the focal plane of the beam closer together in a cascade-like manner to switch on light sources or groups that are increasingly transversely offset and/or that are increasingly asymmetrically arranged, so that the light beam generated by all of the illuminating light sources together, which is applied to the optical element and transformed by the latter into a beam, is positioned more and more asymmetrically to the main optical axis of the optical element or more and more transversely offset from it.
  • the transverse offset of the light beam generated by the light sources as a whole in relation to the main optical axis of the optical element increases more and more, so that the optical element generates an ever wider or increasingly tilted beam.
  • the matrix-like light source arrangement can be arranged overall asymmetrically to the main optical axis of the optical element, with advantageously part of the light source arrangement, i.e. a light source or a light source group, being arranged symmetrically and/or coaxially to the main optical axis of the optical element.
  • the main optical axis of the optical element can pass through the matrix-like light source arrangement, but advantageously not in the middle, but through a section that is offset from the center of the light source arrangement. In this way, efficient utilization of the light source arrangement can be achieved or maximum adjustment of the widening or focusing or tilting of the beam of rays can be achieved with a minimum number of light sources.
  • the matrix-like light source arrangement symmetrically to the main optical axis of the optical element and to carry out the desired adjustment of the widening of the beam of rays by symmetrically controlling the light sources or light source groups.
  • the widening of the bundle of rays can be controlled by switching on and off or dimming light sources or subgroups at different distances from the main axis, which are arranged symmetrically to the main axis on different sides of the main axis of the optical element.
  • a relatively narrow bundle of rays can be generated in that only one light source or group of light sources arranged in the area of the main axis radiates, while light sources that are further away from the main axis are switched off or dimmed down.
  • these additional light sources or groups which are arranged further away from the main axis and can be positioned, for example, to the right and left of the central light source group, can be switched on or dimmed up, so that the emitted light beam is broadened.
  • Such an adjustment or change in the cross-sectional contour of the light column can in particular also take place at the level of the entire luminaire.
  • the luminaire has a matrix-like field of radiators
  • the radiators positioned along an axis of the matrix-like arrangement can be changed in their activation, while the radiators lined up in a transverse direction thereto experience no change in the activation.
  • the emitters along a main axis of the emitter field are widened in their beam bundles by dimming up or switching on the light sources or groups of these emitters or tilted relative to the main axis of the optics, specifically the emitters further away from the center, while there is no change in a transverse direction the control takes place, the cross section of the light column generated jointly by the emitters can be stretched or, conversely, compressed, or the beam bundle can be tilted relative to the main axis of the optics.
  • the light source arrangement can have a rectangular contour overall, with the light source arrangement advantageously being able to be arranged off-centre in the direction of the longer main axis of the rectangle with respect to the main optical axis of the optical element.
  • the light source field defined by the light sources can define an enveloping contour which is rectangular in the manner mentioned or forms at least approximately a rectangle.
  • the light source arrangement can be positioned overall asymmetrically or else symmetrically with respect to the main optical axis.
  • the widening of the bundle of rays or its focusing or its tilting can be carried out by driving the light sources or light source groups of the light source arrangement to different extents asymmetrically or symmetrically.
  • the focussing of the beam of rays can advantageously be set or adjusted automatically.
  • distance detection can be provided, which detects the distance between the target area to be illuminated and the optical element, with the said control device driving the light source arrangement more or less asymmetrically depending on the detected distance in order to generate the desired illuminated field in the target area.
  • the light can have a distance sensor to detect the target area such as the height of an operating table.
  • the control device then controls the light source arrangement depending on the detected distance in such a way that the illuminated field in the target area has the desired width or the desired diameter or the desired (e.g. circular, elliptical or oval) cross-sectional contour or the focal plane of the generated light column in the target area lies.
  • the distance detection device can work cyclically or continuously, for example when the height of the operating table is adjusted or the distance between the target area and the radiator changes due to other circumstances, so that the focal plane can be automatically readjusted by the control device making the light source arrangement more or less asymmetrical drives.
  • mixed optics can be provided between the matrix-like light source arrangement and the optical element that forms the beam of rays. which mixes the light emitted by the light sources of the light source arrangement before the light strikes said optical element.
  • Such a mixed optics upstream of the optics element can, in particular be advantageous if the light source arrangement comprises light sources of different colors.
  • the said mixing optics can in principle be designed differently, with a segmented mixing rod advantageously being provided, the segments of which can each be assigned to an individually switchable light source or group of the matrix-like light source arrangement.
  • a mixing rod bundle can be used as the mixing optics, the individual mixing rod elements of which adjoin one another on the peripheral side.
  • the mixing optics mentioned can advantageously be arranged asymmetrically or transversely offset overall with respect to the main optical axis of the optics element.
  • the mixing optics can be arranged coaxially or symmetrically to the matrix-like light source arrangement. If the light source arrangement is arranged overall asymmetrically to the main optical axis of the optical element, the mixing optics can also be arranged asymmetrically or transversely offset in a corresponding manner.
  • mixing optics in particular a segmented mixing rod for mixing different colored light
  • the light color can be set in the desired color at the same time as the main emission direction is tilted, for example by switching light sources of different colors assigned to an individual rod segment on and off or dimming them up or down.
  • the lamp 1 can comprise a field of radiators 2, which can be arranged at least approximately in one plane or along a harmoniously contoured surface.
  • the radiators 2 mentioned can be arranged on a plate or plate-shaped lamp body 3, which can be accommodated in a housing or form part of a housing.
  • the lamp 1 can be designed as an operating room lamp, which can be mounted on a support arm in a position-adjustable manner in order to be able to position the lamp 1 with a precise fit in a position above the target area to be illuminated. In principle, however, other applications or suspension and assembly options are also possible.
  • the radiators 2 can advantageously be arranged next to one another and/or distributed uniformly, it being possible for more than five or more than ten or more than twenty radiators 2 to be combined to form the luminaire 1, for example.
  • the radiators 2 can be configured essentially identically to one another. Irrespective of this, the spotlights 2 can all light up or radiate during operation, preferably regardless of the diameter or width of the luminous field generated jointly by the spotlights 2 and regardless of how the widening and/or focusing of the Spotlights 2 jointly generated light column is set.
  • each of the radiators 2 can comprise a matrix-like light source arrangement 4, which can be embodied in the form of an LED cluster, for example.
  • the light source arrangement 4 comprises a multiplicity of preferably punctiform light sources which can be controlled individually and/or in groups and which are arranged uniformly distributed in a field, for example can be arranged on a supply circuit board.
  • the light source arrangement 4 can comprise more than two or more than four or more than six or, as in the case shown, 8 or more than ten or even more than fifteen or more than twenty light sources, which are preferably evenly distributed next to one another in several pure columns.
  • the light source arrangement 4 can have an overall rectangular or square or also polygonal or polygonal, such as hexagonal, or also round or rounded such as oval or elliptical envelope contour, the envelope contour mentioned meaning the outline contour of the light source field.
  • the light sources of the light source arrangement 4 are advantageously distributed in a common plane.
  • the radiator 2 also has how 2 shows an optical element 5, which can advantageously be designed in the form of a lens or in the form of a reflector or in the form of a mixed form of lens and reflector, in order to shape the light received from the light source arrangement 4 into a bundle of rays 6, which is emitted by the optical element 5 and thus by the radiator 2 in order to illuminate the respective target area.
  • the emitters 2 of the lamp 1 can jointly illuminate a common target area, such as an operating table, and for this purpose emit a light column in which the beams 6 of the emitters 2 complement and/or overlap.
  • Said optical element 5 is designed such that all light beams captured by optical element 5 are reflected the same number of times, with the number of reflection processes R preferably satisfying the relationship 0 ⁇ R ⁇ n, where n is a natural number and preferably ⁇ 10.
  • the number of reflection processes R can be less than or equal to 1 and/or less than 8 or less than 5 or less than 3 independently of this.
  • the optical element 5 can be designed, for example, in the form of a disc-shaped or flat, plate-like lens which has a light entry surface 7 which can be provided on a flat side of the lens and can be contoured concavely or in the form of a cup-shaped recess.
  • the lens can be reflective or totally reflective on a side opposite the light entry surface, so that no non-reflected portion of light can escape from the lens.
  • a beam coming from the light source arrangement 4 can be deflected at the light entry surface 7 by refraction and then reflected back on the opposite flat side of the lens by total reflection in order to be thrown onto the ring-shaped lens surface that surrounds the light entry surface 7.
  • the beam path 8 can be deflected again at said ring surface 9, for example by a reflective coating that can be applied to the lens, or, depending on the lens contour, by total reflection, in order to be directed to the light exit surface 10, which is ring-shaped on one flat side, for example the lens can be provided.
  • At least one of the surfaces of the optical element 5, on which the beam path 8 is deflected can be faceted, in particular provided with micro-facets, in order to make it more uniform and by mixing the light captured by the optical element 5.
  • the ring-shaped deflection surface 9, which directs the internal beam path 8 to the light exit surface can be designed with such faceting, cf. 7 .
  • each light beam 8 can be reflected twice on the emission-side end surface of the lens and on the opposite ring surface 9 .
  • a differently contoured lens can also be used as the optical element 5, for example a teardrop-shaped lens, as shown in 8 is shown.
  • a lens can have a light entry surface 7 facing the light source arrangement 4, for example with a slightly concave contour, and have a light exit surface 10 opposite or facing away from the light entry surface 7, which can be significantly more curved than the light entry surface and/or bulbous or convex.
  • the lens can be designed to emit all received light beams without reflection, so that the beam paths are only deflected by refraction at the lens entry and exit surfaces.
  • a reflector can also be provided as the optical element 5, which can be curved, for example, in the shape of a shell or shell or else in the shape of a double shell or double shell.
  • the arrangement with such a reflector can be such that the light source arrangement 4 itself radiates in the wrong direction, i.e. the light radiates in the opposite direction to the bundle of rays 6 to be radiated into the reflector, which then throws back the received light and in the form of the desired one Beam of rays 6 emits.
  • the reflector is designed in particular to reflect all light beams once, so that no unreflected beams emerge from the reflector.
  • the matrix-like light source arrangement 4 is advantageously arranged asymmetrically with respect to the main optical axis 11 of the optical element 5 .
  • Said main optical axis 11 of the optical element 5 can indeed pass through the light source field or the light source arrangement 4, but not through the center of the light source arrangement 4, but rather through a section that is eccentrically offset thereto. If an overall approximately rectangular light source arrangement 4 is provided, the light source arrangement 4 can be offset in the direction of the longer main axis of the rectangle.
  • the light source arrangement 4 can be positioned relative to the main optical axis 11 of the optical element 5 in such a way that one light source or group is positioned symmetrically to the main optical axis 11 and at least one other light source or group is positioned asymmetrically or transversely offset to the main optical axis 11.
  • at least one light source or group is arranged symmetrically and at least two other light sources or groups are eccentrically offset to the main axis 11, the two at least two other light sources or groups mentioned advantageously being offset transversely to the main axis 11 by different amounts.
  • a row of light sources 0 can be arranged symmetrically to the main optical axis 11
  • a further row of light sources 1 can be arranged adjacent to row of light sources 0 but offset from the main axis 11
  • a further row of light sources 2 can be arranged adjacent to the aforementioned row of light sources 1 and further offset transversely from the main axis 11.
  • An additional row of light sources -1 can in turn be arranged adjacent to the symmetrical row of light sources 0, but offset transversely to the opposite side, cf. 2 .
  • the symmetrically and asymmetrically or differently asymmetrically arranged light sources or groups of the light source arrangement 4 can advantageously be controlled individually or in groups by a control device 12, in particular can be switched on and off and/or dimmed.
  • Said control device 12 can have an electronic controller, for example comprising a processor control unit, and be part of a setting device 13 or be connected to such a setting device 13 which is used for variable Adjustment of the widening and / or focusing of the beam 6 is provided.
  • Said adjustment device 13 can have input means for entering or preselecting a desired widening and/or focusing, for example in the form of an adjustment button, an adjustment knob or a touchscreen or in the form of other input means.
  • the setting device 13 can also be designed to work automatically or have an automatic mode in order to set the widening and/or focusing of the beam of rays 6 automatically in the form of an operating and/or environmental parameter.
  • the lamp 1 can include a distance sensor 14 which has the distance of the lamp 1 and/or a radiator 2 from the target area to be illuminated, with the control device 12 controlling the light sources of the light source arrangement 4 depending on the detected distance.
  • the bundle of rays 6 of the radiator 2 widens or narrows, depending on which light sources or groups are controlled. For example, if only the symmetrically arranged row of light sources 0 is switched on, cf. 3 , a narrow beam 6 is generated.
  • the adjacent light source row 1 which is asymmetrical to the main axis 11, is switched on, a wider beam 6 is generated, since the part of the beam coming from the asymmetrical light sources is emitted by the optical element 5 in a more strongly deflected manner, cf. 4 .
  • the additional line L in 4 also the option of generating a broadened beam of rays by symmetrically switching on light sources that are further away.
  • the additional line L illustrates the broadened part of the beam that is obtained when the LED assembly -1 is switched on or dimmed up, so that in this case the light source groups -1, 0 and 1 radiate with comparable intensity.
  • the broadening of the beam of rays can therefore be generated not only by supplementing or superimposing asymmetrically switched on or dimmed up light sources, but also by switching on or dimming up light sources or groups that are spaced further and further from the main axis but are arranged symmetrically with respect to the main axis.
  • the focal plane of the beam 6 can also be changed or different widths or diameters of the beam 6 can be set in different focal planes, depending on which of the light sources of the light source arrangement 4 are operated.
  • Figure 6a shows the beam portions that can be generated by the individual light sources or rows of light sources
  • the partial views 6b, 6c and 6d show the beams 6 that can be generated by different combinations of the beam portions
  • partial view b again showing the field widths or beam diameters that can be generated in a focal plane at a distance of, for example, 1 m
  • partial view c shows the field widths or beam diameters that can be generated in a focal plane at a distance of, for example, 0.7 m
  • partial view d shows different field widths or beam diameters in a focal plane at a distance of, for example, 1.5 m from the optical element 5 of the radiator 2.
  • mixing optics 15 are advantageously provided between the light source arrangement 4 and the optics element 5, which can advantageously be designed in the manner of an elongate mixing rod in order to mix the light coming from the light source arrangement 4 even before it strikes the optics element 5.
  • said mixing optics 5 can be designed in the form of a segmented mixing rod, the rod segments of which form a bundle of rods and adjoin one another over a large area on the circumferential side.
  • the individual mixing rod segments 16 can be assigned to a respective light source or group, which can be individually controlled or switched on and off in order to mix the light of the respective light source or group.
  • the light source groups that can be switched on and/or arranged asymmetrically to different extents can comprise light sources of different light colors, so that the differently colored light is mixed in the mixing optics 15, in particular in the respective mixing rod segment 16.

Landscapes

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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leuchten, die mit einer Vielzahl von Strahlern ein Leuchtfeld erzeugen, das in seiner Feldbreite und/oder seiner Fokussierung und ggf. auch in seiner Farbtemperatur einstellbar ist. Solche Leuchten werden beispielsweise als Operationsleuchten eingesetzt. Die Erfindung betrifft ferner auch die einzelnen Strahler einer solchen Leuchte, wobei ein solcher Strahler eine matrixartige Lichtquellenanordnung (4), ein Optikelement (5) zum Formen des von der Lichtquellenanordnung abgegebenen Lichts zu einem Strahlenbündel (6) sowie eine Einstellvorrichtung (13) zum Einstellen der Aufweitung und/oder der Fokussierung des Strahlenbündels (6) besitzen kann. Erfindungsgemäß wird das Optikelement (5) zum Formen des von der Lichtquellenmatrix her empfangenen Lichts dazu ausgebildet, das gesamte empfangene Licht beim Formen zum Strahlenbündel (6) gleich oft zu reflektieren, wobei die Anzahl der Reflexionsvorgänge R eines jeden empfangenen Lichtstrahls an dem Optikelement (5) der Beziehung 0 ≤ R ≤ n genügt und n eine natürliche Zahl ≤ 10 ist, wobei die Einstellvorrichtung (13) einen Betriebsmodus zum Verstellen der Abstrahlrichtung und/oder Hauptachse des Strahlenbündels (6) aufweist, in dem zum Verkippen der Abstrahlrichtung und/oder Hauptachse des Strahlenbündels verschiedene Untergruppen der Lichtquellen angesteuert werden, die verschieden stark asymmetrisch zur optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) versetzt angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leuchten, die mit einer Vielzahl von Strahlern ein Leuchtfeld erzeugen, das in seiner Feldbreite und/oder seiner Fokussierung und ggf. auch in seiner Farbtemperatur einstellbar ist. Solche Leuchten werden beispielsweise als Operationsleuchten eingesetzt. Die Erfindung betrifft ferner auch die einzelnen Strahler einer solchen Leuchte, wobei ein solcher Strahler eine matrixartige Lichtquellenanordnung, ein Optikelement zum Formen des von der Lichtquellenanordnung abgegebenen Lichts zu einem Strahlenbündel sowie eine Einstellvorrichtung zum Einstellen der Aufweitung und/oder der Fokussierung des Strahlenbündels besitzen kann.
  • Leuchten wie beispielsweise Operationsleuchten umfassen oft ein Feld von Strahlern, die jeweils ein Strahlenbündel abgeben und zusammen ein Leuchtfeld erzeugen, das nach Art einer Lichtsäule ein bestimmtes Zielgebiet wie beispielsweise eine Wunde eines auf einem Operationstisch befindlichen Patienten ausleuchtet. Typischerweise werden von solchen Operationsleuchten oder ähnlichen Leuchten sehr kleine Felder mit sehr hohen Beleuchtungsstärken in der Größenordnung von 1 bis 2 mal der Beleuchtungsstärke der Sonne ausgeleuchtet, wobei beispielsweise Felder der Größe von 10 bis 40 cm oder 15 bis 30 cm in einer Entfernung von etwa 1 m ausgeleuchtet werden.
  • Um im Zielgebiet optimale Ausleuchtverhältnisse zu erzielen, ist es hilfreich, wenn das Leuchtfeld in seiner Breite bzw. seinem Durchmesser verstellt werden kann oder die Fokussierung verändert werden kann, um in einem bestimmten Abstand von der Leuchte eine bestimmte Feldbreite zu haben. Zusätzlich zur Verstellbarkeit der Feldbreite und der Fokussierung kann auch die Lichtfarbe bzw. Farbtemperatur im Leuchtfeld verändert werden, um die gewünschte Ausleuchtung zu erzielen bzw. die Ausleuchtung an verschiedene Randbedingungen anpassen zu können.
  • Solche Leuchten sind aus der Praxis bekannt, wobei beispielsweise unter der ProduktbezeichnungmarLED X® der Firma KLS Martin oder auch unter der Produktbezeichnung TruLight 5000® von der Firma Trumpf Medical eine Operationsleuchte bekannt ist, die hinsichtlich der im Leuchtfeld erzeugten Farbtemperatur umschaltbar ist und deren Leuchtfeld hinsichtlich des Durchmessers stufenweise angepasst werden kann. Die in einem teller- bzw. plattenförmigen Leuchtenkorpus zusammengefassten Strahler umfassen dabei jeweils LEDs als Lichtquellen, deren abgegebenes Licht mittels Optikelementen zu Strahlenbündeln geformt werden, die zusammen das Leuchtfeld der Leuchte erzeugen.
  • Um die Breite bzw. den Durchmesser des Leuchtfelds stufenweise zu verstellen, umfassen solche Leuchten regelmäßig zweierlei oder mehrerlei Strahlergruppen, die je nach gewünschtem Leuchtfelddurchmesser alternativ ein- und ausgeschaltet oder kombinatorisch zugeschaltet werden. Die einzelnen Strahler selbst haben dabei eine feste Aufweitung bzw. einen festen Zoom-Faktor. Zum Erzeugen einer schmäleren Lichtsäule werden die engstrahlenden Strahler eingeschaltet, während zum Erzeugen einer breiteren Lichtsäule die breiter strahlenden oder defokussierten Strahler eingeschaltet oder ggf. auch zugeschaltet werden. Dabei können auch mehr als zwei Gruppen von Strahlern vorgesehen sein, um die Feldbreite mehr als zweistufig verstellen zu können, wobei die Strahler im digitalen Sinne ein- und ausgeschaltet oder alternativ auch auf unterschiedliche Helligkeiten gedimmt werden können, sodass beispielsweise eine breite Linse auf 10% der maximalen Helligkeit und eine enge Linse auf 90% der maximalen Helligkeit gefahren werden kann, um eine schmale Lichtsäule zu erzielen.
  • Diese Umschaltbarkeit zwischen verschiedenen Strahlergruppen bzw. deren Dimmbarkeit auf unterschiedliche Helligkeitsstufen führt jedoch dazu, dass in der Leuchte immer schwarze bzw. nicht oder kaum leuchtende Abschnitte vorhanden sind, nämlich immer dort, wo ein entsprechender Strahler gerade ausgeschaltet ist, weil das von ihm erzeugte Strahlenbündel hinsichtlich der Aufweitung nicht passt. Dies hat verschiedene Nachteile. Beispielsweise treten Multischatten auf, wenn beispielsweise eine Hand eines Operateurs in die Lichtsäule greift. Zudem wird eine große Zahl an Strahlern bzw. Komponenten benötigt, die sich sozusagen verdoppelt oder verdreifacht, wenn die Feldbreite zweistufig oder dreistufig einstellbar sein soll.
  • Alternativ wurde auch bereits vorgeschlagen, das Leuchtfeld durch eine mechanische Verstellung der Strahler-Optiken auf die gewünschte Breite bzw. den gewünschten Durchmesser einzustellen. Dabei kann durch Verkippen der einzelnen Strahler bzw. Optikelemente insgesamt eine breitere oder schmälere Überlagerung bzw. ein breiteres oder schmäleres Leuchtfeld erzeugt werden. Der Vorteil dieser mechanisch verstellbaren Lösung ist ein an sich immer gleichmäßig bzw. vollständig leuchtender Leuchtenkorpus, da es nicht notwendig ist, einzelne Strahler abzuschalten, um die Breite des Leuchtfelds zu verändern. Andererseits ist die Mechanik zur Verstellung der Optikelemente aufwendig und meist auch teuer.
  • Weiterhin wurde auch bereits vorgeschlagen, das Strahlenbündel solcher Strahler elektronisch zu zoomen, indem einzelne LEDs eines LED-Clusters individuell angesteuert werden, um durch geschicktes Zu- und Abschalten einzelner Lichtquellen oder Lichtquellengruppen der am Strahler vorgesehenen matrixartigen Lichtquellenanordnung die Aufweitung bzw. Fokussierung des vom Strahler abgegebenen Strahlenbündels zu verstellen, vgl. beispielsweise DE 10 2018 106 223 A1 und DE 10 2017 213 488 A1 .
  • Durch das individuelle Ansteuern der einzelnen Lichtquellen kann sozusagen die Lichtquelle gegenüber der Hauptachse des Optikelements verstellt werden, wodurch sich das vom Optikelement abgegebene Strahlenbündel unterschiedlich formt. Festzuhalten bleibt hier aber, dass es dabei nicht um eine abbildende Optik beispielsweise im Sinne eines Beamers oder eines Diaprojektors geht, sondern um das helle Ausleuchten eines bestimmten Zielgebiets mit sehr hohen Beleuchtungsstärken in möglichst gleichmäßiger Weise. Wie eingangs erwähnt, soll beispielsweise eine Wunde eines auf einem Operationstisch befindlichen Patienten schattenfrei und sehr hell ausgeleuchtet werden und dabei das Strahlenbündel an die Größe und Position des Zielgebiets angepasst werden.
  • Bei solchen bekannten Strahlern mit elektronischer Zoomfunktion wird bislang im Wesentlichen die Größe des Leuchtfelds im Zielgebiet und auch dessen Konturierung im Sinne von kreisförmig auf oval und umgekehrt verstellt, indem verschiedene LED-Pixel bzw. verschiedene Untergruppen der matrixartigen Lichtquellenanordnung ein- und ausgeschaltet bzw. herunter- und heraufgedimmt werden.
  • Trotzdem ist es bislang bei solchen Strahlern mit elektronischer Zoomfunktion schwierig, das im Zielgebiet erzeugte Leuchtfeld tatsächlich auf den gewünschten Bereich des Zielgebiets bzw. der Zielebene zu richten. Bislang wird dies vorrangig dadurch gelöst, dass die Strahler quer zur Hauptstrahlrichtung des Strahlenbündels hin- und hergeschoben werden, was beispielsweise durch eine verschiebbare oder gelenkige Aufhängung der Operationsleuchten ermöglicht wird, oder es werden verstellbare Operationstische eingesetzt, um den Patienten mit seinem Wundbereich exakt in den Strahlenkegel fahren zu können. Beides ist jedoch relativ aufwändig, da Operationsleuchten regelmäßig aus nicht nur einem Strahler bestehen, sondern ein größeres Strahlerfeld umfassen und insofern eine massive und raumgreifende Einheit bilden, die nur schwierig zu verkippen und verschieben ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Leuchte der genannten Art sowie einen verbesserten Strahler für eine solche Leuchte zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll eine hinsichtlich Ausrichtung des im Zielgebiet erzeugten Leuchtfelds einfache Verstellbarkeit erreicht werden, ohne dies durch lichttechnische Beeinträchtigungen wie Multi- oder Farbschatten zu erkaufen oder hierfür teure, empfindliche Verstellmimiken und hohe Bauteilzahlen zu benötigen.
  • Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch Strahler gemäß Anspruch 1 sowie eine Leuchte mit einer Mehrzahl solcher Strahler gemäß Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Es wird also vorgeschlagen, die Hauptabstrahlrichtung bzw. die Ausrichtung des erzeugten Strahlenbündels auf Ebene der Strahler einzustellen, um zumindest nicht zwingend unterschiedliche Gruppen von Strahlern zu benötigen, um das Leuchtfeld hinsichtlich seiner Position im Zielgebiet verstellen zu können. Dabei wird vorgeschlagen, die Hauptabstrahlrichtung des vom Strahler abgegebenen Strahlenbündels durch geschicktes Zu- und Abschalten einzelner Lichtquellen oder Lichtquellengruppen der an einem Strahler vorgesehenen matrixartigen Lichtquellenanordnung zu verkippen, um zumindest nicht zwingend eine mechanische Zoom-Optik bzw. mechanische Verstellbarkeit der Optikelemente zu benötigen.
  • Erfindungsgemäß wird das Optikelement zum Formen des von der Lichtquellenmatrix her empfangenen Lichts dazu ausgebildet, das gesamte empfangene Licht beim Formen zum Strahlenbündel gleich oft zu reflektieren, wobei die Anzahl der Reflexionsvorgänge R eines jeden empfangenen Lichtstrahls an dem Optikelement der Beziehung 0 ≤ R ≤ n genügt und n eine natürliche Zahl ≤ 10 ist, wobei die Einstellvorrichtung einen Betriebsmodus zum Verstellen der Abstrahlrichtung und/oder Hauptachse des Strahlenbündels aufweist, in dem zum Verkippen der Abstrahlrichtung und/oder Hauptachse des Strahlenbündels verschiedene Untergruppen der Lichtquellen angesteuert werden, die verschieden stark asymmetrisch zur optischen Hauptachse des Optikelements versetzt angeordnet sind.
  • Diesem Ansatz zur Leuchtfeldverstellung liegt die Überlegung zugrunde, dass sich das von einem Optikelement abgestrahlte Strahlenbündel verlagert, je nachdem, von woher das Licht, das das Optikelement dann umformt, auf das Optikelement trifft. Je nachdem, welche Position eine Lichtquelle relativ zur optischen Hauptachse des Optikelements einnimmt, strahlt das Optikelement das von der Lichtquelle empfangene Licht in unterschiedliche Richtungen bzw. mit unterschiedlichen Hauptachsen und ggf. auch unterschiedlichen Aufweitungen ab.
  • Wird nun durch geschicktes Zu- und Abschalten bzw. Hoch- und Abdimmen verschieden stark asymmetrisch angeordneter Lichtquellen oder Lichtquellengruppen Licht auf das Optikelement gegeben, das verschieden stark von dessen optischer Hauptachse quer versetzt ist, gibt das Optikelement ein verschieden ausgerichtetes bzw. verkipptes Strahlenbündel ab.
  • Eine solche elektronische Einstellung der Aufweitung und/oder Fokussierung des Strahlenbündels auf Ebene des Strahlers selbst erlaubt es nicht nur, auf teure und aufwendige mechanische Verstellvorrichtungen zu verzichten, sondern vermeidet darüber hinaus auch lichttechnisch ungewünschte Nachteile wie Multischatten, wie sie bei Leuchtenfeldern mit zweierlei Strahlertypen für die Leuchtfeldverstellung eintreten, oder Farbschatten, wie sie bei Leuchtfeldern mit zweierlei verschiedenfarbigen Strahlergruppen eintreten. Gleichzeitig kann die benötigte Teilezahl drastisch reduziert werden.
  • Dabei gestattet es die gleichgroße Anzahl an Reflexionsvorgängen am Optikelement, die Hauptabstrahlrichtung des erzeugten Strahlenbündels sauber zu verkippen, ohne die bei bisherigen Strahlern mit elektronischem Zoom auftretenden Gegeneffekte zu haben. Bei bisherigen Strahlern mit elektronischem Zoom wird an dem Strahlenbündel formenden Optikelement regelmäßig ein Teil der Lichtstrahlen unreflektiert abgegeben, während ein anderer Teil der Lichtstrahlen einmal reflektiert wird. Betrachtet man bspw. einen herkömmlichen Reflektor, der das Licht einer am Reflektorboden angeordneten LED-Matrix einfängt, werden die von der LED-Matrix seitlich abgehenden Lichtstrahlen an der Reflektorwandung reflektiert und somit einmal reflektiert ins vom Reflektor abgehende Strahlenbündel geworfen, während der zentrale Teil des von der LED_Matrix abgegeben Lichts unreflektiert durch das Zentrum des Reflektors hindurch in das insgesamt abgehende Strahlenbündel gelangt. Das gesamte vom Optikelement empfangene Licht meint insofern das gesamte auf das Optikelement treffende und/oder durch das Optikelement hindurchgehende Licht, das stromab des Optikelements das geformte Strahlenbündel des Strahlers bildet.
  • Durch diese unterschiedliche Zahl der Reflexionsvorgänge, die auch bei herkömlichen Linsen mit Totalreflexion auftreten können, kommt es beim Abstrahlen des Strahlenbündels zu Kompensationsvorgängen und es wird zumindest ein Teil der Richtungsänderung, die durch Ein- und Ausschalten unterschiedlich weit von der Hauptachse beabstandeter Lichtquellen erzielt wird, wieder zunichte gemacht, da Lichtstrahlen, die beispielsweise gar nicht reflektiert worden sind, in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt werden als beispielsweise einmal reflektierte Lichtstrahlen, wenn das LED-Pixelmuster zur Hauptachse des Optikelements verschoben wird. Solche Kompensationseffekte bezüglich des Verkippens der Lichtstrahlenrichtung kann durch die genannte Ausbildung des Optikelements vermieden werden, welches alle von der Lichtquellenanordnung empfangenen Lichtstrahlen gleich oft reflektiert.
  • Je nach Ausbildung des Optikelements kann die für alle Lichtstrahlen gleich große Zahl der Reflexionsvorgänge unterschiedlich sein. Beispielsweise kann eine mit Totalreflexion arbeitende Linse dazu ausgebildet sein, alle empfangenen Lichtstrahlen zweimal durch Totalreflexion oder ggf. durch Reflexion bei Vorsehen einer reflektierenden Beschichtung umzulenken, wobei beim Eintreten und Austreten aus der Linse die Lichtstrahlen jeweils noch zwei weitere Male durch Brechung umgelenkt werden können, sodass jeder Lichtstrahl insgesamt viermal umgelenkt wird, zweimal durch Reflexion und zweimal durch Brechung.
  • Wird als Optikelement ein Reflektor eingesetzt, können alle Lichtstrahlen genau einmal umgelenkt werden, wobei die Anordnung der Lichtquellenmatrix und des Reflektors derart getroffen sein kann, dass keine unreflektierten Lichtstrahlen aus dem Reflektor austreten und/oder das von der Lichtquellenanordnung abgegebene Licht im Wesentlichen vollständig auf den Reflektor fällt.
  • Andererseits kann aber auch eine Linse als Optikelement eingesetzt werden, die für alle empfangenen Lichtstrahlen gar keine Umlenkungen durch Reflexion vorsieht, sodass in diesem Fall die genannte Anzahl an Reflexionen Null ist. Eine solche Linse lenkt die empfangenen Lichtstrahlen lediglich durch Brechung an den Eintrittsund Austrittsflächen ab. Auch hierdurch kann der beschriebene Kompensationseffekt hinsichtlich der Ablenkung durch unterschiedlich oft erfolgendes Reflektieren vermieden werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann die matrixartige Lichtquellenanordnung zumindest eine Lichtquelle oder -gruppe umfassen, die bezüglich der optischen Hauptachse des das Strahlenbündel abstrahlenden Optikelements symmetrisch und/oder koaxial angeordnet ist, und zumindest eine weitere Lichtquelle oder -gruppe, die bezüglich der genannten optischen Hauptachse des Optikelements asymmetrisch bzw. quer versetzt dazu angeordnet ist, wobei die genannten symmetrisch angeordneten und asymmetrisch angeordneten Lichtquellen bzw. -gruppen individuell ansteuerbar sind, sodass je nach Betriebsmodus der Ansteuervorrichtung zur Einstellung der Aufweitung und/oder Fokussierung des Strahlenbündels einmal nur eine der beiden Lichtquellen bzw. -gruppen und ein anderes Mal beide Lichtquellen bzw. -gruppen strahlen, sodass sich die vom Optikelement hieraus geformten Lichtbündel ergänzen oder eben nicht ergänzen, um insgesamt ein unterschiedlich stark aufgeweitetes oder unterschiedlich fokussiertes Strahlenbündel zu erzeugen.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann die matrixartige Lichtquellenanordnung auch drei oder mehr Lichtquellen bzw. -gruppen aufweisen, die individuell ansteuerbar und verschieden stark querversetzt bzw. unterschiedlich asymmetrisch zur optischen Hauptachse des Optikelements angeordnet sind, sodass durch verschiedene Kombination der genannten Lichtquellen bzw. Lichtquellengruppen verschieden starke Aufweitungen bzw. verschiedene Fokussierungen des insgesamt erzeugten Strahlenbündels erreicht werden können.
  • Insbesondere kann die genannte Ansteuervorrichtung zum individuellen und/oder gruppenweisen Ansteuern der Lichtquellen dazu ausgebildet sein, zum Verbreitern des Strahlenbündels und/oder zum Heranholen der Fokusebene des Strahlenbündels kaskadenartig immer weiter querversetzte und/oder immer stärker asymmetrisch angeordnete Lichtquellen bzw. -gruppen zuzuschalten, sodass das von allen jeweils leuchtenden Lichtquellen zusammen erzeugte Lichtbündel, das auf das Optikelement gegeben und von diesem zum Strahlenbündel umgeformt wird, immer stärker asymmetrisch zur optischen Hauptachse des Optikelements bzw. immer stärker davon querversetzt positioniert ist. Durch das kaskadenartige Zuschalten immer stärker asymmetrisch positionierter Lichtquellen bzw. -gruppen nimmt der Querversatz des von den Lichtquellen insgesamt erzeugten Lichtbündels gegenüber der optischen Hauptachse des Optikelements immer stärker zu, sodass vom Optikelement ein immer breiteres bzw. immer stärker verkipptes Strahlenbündel erzeugt wird.
  • Die matrixartige Lichtquellenanordnung kann dabei insgesamt asymmetrisch zur optischen Hauptachse des Optikelements angeordnet sein, wobei vorteilhafterweise ein Teil der Lichtquellenanordnung, das heißt eine Lichtquelle oder eine Lichtquellengruppe symmetrisch und/oder koaxial zur optischen Hauptachse des Optikelements angeordnet sein kann. Mit anderen Worten kann die optische Hauptachse des Optikelements durch die matrixartige Lichtquellenanordnung gehen, vorteilhafterweise jedoch nicht mittig, sondern durch einen zur Lichtquellenanordnungsmitte versetzten Abschnitt. Hierdurch kann eine effiziente Ausnutzung der Lichtquellenanordnung erzielt werden bzw. mit einer minimalen Anzahl an Lichtquellen eine maximale Verstellung der Aufweitung bzw. Fokussierung oder der Verkippung des Strahlenbündels erreicht werden.
  • Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, die matrixartige Lichtquellenanordnung insgesamt symmetrisch zur optischen Hauptachse des Optikelements anzuordnen und durch symmetrische Ansteuerung der Lichtquellen bzw. Lichtquellengruppen die gewünschte Verstellung der Aufweitung des Strahlenbündels vorzunehmen. Dabei kann die Aufweitung des Strahlenbündels durch Zu- und Abschalten bzw. Hoch- und Abdimmen von verschieden weit von der Hauptachse beabstandeten Lichtquellen bzw. -untergruppen, die auf verschiedenen Seiten der Hauptachse des Optikelements, zur genannten Hauptachse symmetrisch angeordnet sind, gesteuert werden. Beispielsweise kann ein verhältnismäßig schmales Strahlenbündel dadurch erzeugt werden, dass nur eine im Bereich der Hauptachse angeordnete Lichtquelle oder Lichtquellengruppe strahlt, während von der Hauptachse weiter beabstandete Lichtquellen ausgeschaltet bzw. heruntergedimmt sind. Um das Lichtbündel aufzuweiten, können diese weiteren Lichtquellen bzw. -gruppen, die weiter von der Hauptachse beabstandet angeordnet sind und beispielsweise rechts und links von der zentralen Lichtquellengruppe positioniert sein können, zugeschaltet bzw. hochgedimmt werden, sodass sich das abgestrahlte Lichtbündel verbreitert.
  • Bei einer solchen symmetrischen Zuschaltung können in Weiterbildung der Erfindung auch unterschiedliche Querschnittskonturen des Strahlenbündels erzeugt werden, wobei insbesondere ein kreisförmiges Strahlenbündel zu einem elliptischen oder ovalen Strahlenbündel oder umgekehrt verändert werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein Zuschalten bzw. Hochdimmen von Lichtquellen erfolgen, die entlang einer Achse senkrecht zur Hauptachse des Optikelements auf gegenüberliegenden Seiten der besagten Hauptachse angeordnet sind, ausgeführt werden, während in einer dazu senkrechten Richtung keine weiteren Lichtquellen hochgedimmt bzw. zugeschaltet werden. Je nach Beschaffenheit der Optik kann nicht nur eine Verstellung zwischen kreisförmigen und elliptischen bzw. ovalen Querschnittskonturen der Lichtsäule erfolgen, sondern beispielsweise auch eine Umstellung von näherungsweise quadratischen zu näherungsweise rechteckigen Querschnittskonturen der Lichtsäule vorgesehen werden.
  • Eine solche Verstellung bzw. Veränderung der Querschnittskontur der Lichtsäule kann insbesondere auch auf Ebene der gesamten Leuchte erfolgen. Besitzt die Leuchte beispielsweise ein matrixartiges Feld von Strahlern, können beispielsweise die entlang einer Achse der matrixartigen Anordnung positionierten Strahler in ihrer Ansteuerung verändert werden, während die dazu in Querrichtung aufgereihten Strahler keine Veränderung in der Ansteuerung erfahren. Werden beispielsweise die Strahler entlang einer Hauptachse des Strahlerfelds durch Hochdimmen bzw. Zuschalten der Lichtquellen bzw. -gruppen dieser Strahler in ihren Strahlenbündeln verbreitert oder gegenüber der Hauptachse der Optik verkippt, und zwar insbesondere die vom Zentrum weiter beabstandeten Strahler, während in einer Querrichtung keine Veränderung der Ansteuerung erfolgt, kann ein Strecken bzw. umgekehrt auch ein Stauchen des Querschnitts der von den Strahlern gemeinsam erzeugten Lichtsäule bzw. eine Verkippung des Strahlenbündels gegenüber der Hauptachse der Optik erfolgen.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann die Lichtquellenanordnung insgesamt rechteckig konturiert sein, wobei die Lichtquellenanordnung vorteilhafterweise in Richtung der längeren Hauptachse des Rechtecks außermittig versetzt zur optischen Hauptachse des Optikelements angeordnet sein kann. Das von den Lichtquellen definierte Lichtquellenfeld kann eine Hüllkontur definieren, die in der genannten Weise rechteckig ist oder zumindest näherungsweise ein Rechteck bildet.
  • Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ein quadratisch konturiertes oder ein mehreckiges, beispielsweise sechseckiges oder auch rundes, beispielsweise kreisrundes oder ovales Lichtquellenfeld bzw. matrixartiges Lichtquellenmuster vorzusehen. Unabhängig von der konkreten geometrischen Form der Hüllkontur um die matrixartige Lichtquellenanordnung herum kann die Lichtquellenanordnung insgesamt asymmetrisch oder auch symmetrisch zur optischen Hauptachse positioniert sein. Wie gesagt kann die Aufweitung des Strahlenbündels bzw. dessen Fokussierung oder dessen Verkippung durch unterschiedlich stark asymmetrische oder symmetrische Ansteuerung der Lichtquellen bzw. Lichtquellengruppen der Lichtquellenanordnung vorgenommen werden.
  • Um in einem zu beleuchtenden Zielgebiet eine bestimmte Leuchtfeldbreite bzw. einen bestimmten Leuchtfelddurchmesser zu haben, kann die Fokussierung des Strahlenbündels vorteilhafterweise automatisiert eingestellt oder angepasst werden. Insbesondere kann eine Abstandserfassung vorgesehen sein, die den Abstand des zu beleuchtenden Zielgebiets von dem Optikelement erfasst, wobei die genannte Ansteuervorrichtung die Lichtquellenanordnung in Abhängigkeit des erfassten Abstands mehr oder weniger asymmetrisch ansteuert, um in dem Zielgebiet das gewünschte Leuchtfeld zu erzeugen.
  • Beispielsweise kann die Leuchte einen Abstandssensor besitzen, um die Zielgebietsfläche wie beispielsweise die Höhe eines OP-Tischs zu erfassen. Die Ansteuervorrichtung steuert dann die Lichtquellenanordnung in Abhängigkeit des erfassten Abstands so an, dass das Leuchtfeld im Zielgebiet die gewünschte Breite bzw. den gewünschten Durchmesser bzw. die gewünschte (beispielsweise kreisrunde, elliptische oder ovale) Querschnittskonturierung hat bzw. die Fokusebene der erzeugten Lichtsäule im Zielgebiet liegt. Die Abstands-Erfassungsvorrichtung kann dabei zyklisch oder kontinuierlich arbeiten, um beispielsweise bei einer Höhenverstellung des OP-Tischs oder einer durch andere Umstände bedingten Abstandsveränderung zwischen Zielgebiet und Strahler ein automatisches Nachjustieren der Fokusebene vornehmen zu können, indem die Ansteuervorrichtung die Lichtquellenanordnung stärker oder weniger stark asymmetrisch ansteuert.
  • Um in dem vom Strahler abgegebenen Strahlenbündel lichttechnisch unerwünschte Effekte wie Farbränder, Farbschatten oder auf im Strahlenbündel liegenden Objekten wie beispielsweise einer Operateurshand auftretende Farbflecken zu vermeiden, kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zwischen der matrixartigen Lichtquellenanordnung und dem das Strahlenbündel formenden Optikelement eine Mischoptik vorgesehen sein, die das von den Lichtquellen der Lichtquellenanordnung abgegebene Licht durchmischt, bevor das Licht auf das genannte Optikelement trifft. Eine solche dem Optikelement vorgeschaltete Mischoptik kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die Lichtquellenanordnung verschieden farbige Lichtquellen umfasst.
  • Die genannte Mischoptik kann dabei grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, wobei vorteilhafterweise ein segmentierter Mischstab vorgesehen sein, dessen Segmente jeweils einer individuell zuschaltbaren Lichtquelle bzw. -gruppe der matrixartigen Lichtquellenanordnung zugeordnet sein können. Insbesondere kann als Mischoptik ein Mischstabbündel Verwendung finden, dessen einzelnen Mischstabelemente umfangsseitig aneinandergrenzen.
  • Die genannte Mischoptik kann dabei vorteilhafterweise insgesamt bezüglich der optischen Hauptachse des Optikelements asymmetrisch bzw. querversetzt angeordnet sein. Insbesondere kann die Mischoptik koaxial bzw. symmetrisch zur matrixartigen Lichtquellenanordnung angeordnet sein. Ist die Lichtquellenanordnung insgesamt asymmetrisch zur optischen Hauptachse des Optikelements angeordnet, kann auch die Mischoptik in entsprechender Weise asymmetrisch bzw. querversetzt angeordnet sein.
  • Die Verwendung einer solchen Mischoptik, insbesondere eines segmentierten Mischstabs zum Mischen unterschiedlich farbigen Lichts kann, ggf. auch in Verbindung mit einem Optikelement, das verschiedene Lichtstrahlen verschieden oft reflektiert, in günstiger Weise dazu verwendet werden, um das vom Optikelement geformte Strahlenbündel hinsichtlich seiner Abstrahlrichtung und/oder Hauptabstrahlrichtung zu verkippen, indem zur Hauptachse der Mischoptik verschieden stark asymmetrisch angeordnete und/oder von der genannten Hauptachse verschieden weit beabstandete Lichtquellen einzeln oder gruppenweise ein- und ausgeschaltet bzw. herabgedimmt oder hochgedimmt werden. Dabei kann gleichzeitig zum Verkippen der Hauptabstrahlrichtung die Lichtfarbe in gewünschter Farbe eingestellt werden, indem beispielsweise einem einzelnen Stabsegment zugeordnete Lichtquellen unterschiedlicher Farbe ein- und ausgeschaltet bzw. hoch- bzw. heruntergedimmt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Draufsicht auf das Strahlerfeld einer Leuchte nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, wobei eine Vielzahl an Strahler in einem insgesamt hexagonalen Strahlerfeld angeordnet sind,
    Fig. 2:
    eine Schnittansicht eines der Strahler der Leuchte aus Fig. 1, wobei die matrixartige Lichtquellenanordnung und deren asymmetrische Anordnung bezüglich der optischen Hauptachse des Optikelements des Strahlers gezeigt ist,
    Fig. 3:
    das von dem Strahler aus Fig. 2 erzeugte Strahlenbündel, wenn nur dessen symmetrisch angeordnete Lichtquellengruppe 0 leuchtet,
    Fig. 4:
    eine schematische Darstellung des Strahlenbündels ähnlich Fig. 3, wenn zusätzlich zur symmetrisch angeordneten Lichtquellengruppe 0 auch die asymmetrisch angeordnete Lichtquellengruppe 1 eingeschaltet ist, wobei durch die strichlierte Linie in Fig. 4 auch die Verbreiterung des Strahlenbündels durch symmetrische Zuschaltung dargestellt ist,
    Fig. 5:
    eine schematische Darstellung des Strahlenbündels ähnlich den Figuren 3 und 4, wenn die Lichtquellengruppen 0, 1 und 2 eingeschaltet sind,
    Fig. 6:
    eine Darstellung der durch verschiedene Lichtquellengruppen erzeugbaren Strahlenbündelanteile und deren kombinatorische Erzeugung zur Verstellung der Fokusebene und/oder Verkippung der Haupstrahlrichtung des Strahlers aus Fig. 2, wobei die Teilansicht a die Einzelanteile des Strahlenbündels zeigt, die Teilansicht b die durch verschiedenes Zuschalten erzeugbare Leuchtfeldbreite in einer mittleren Fokusebene, die Teilansicht c die durch verschiedenes Zuschalten erzeugbare Leuchtfeldbreite in einer nahen Fokusebene und die Teilansicht d die durch verschiedenes Zuschalten erzeugbare Leuchtfeldbreite in einer weit entfernten Fokusebene, wobei die in den verschiedenen Teilansichten der Fig. 6 dargestellten Felder mit gegenüberliegenden Strahlern in der Leuchte erzeugt werden können oder auch durch symmetrische Zuschaltung weiter beabstandeter Lichtquellen ergänzt werden können,
    Fig. 7:
    einen Schnitt durch das Optikelement des Strahlers aus Fig. 2, der den Strahlengang durch das Optikelement zeigt, wobei das genannte Optikelement in Form einer scheibenförmigen Linse ausgebildet ist, die nur zweifach reflektiertes Licht austreten lässt,
    Fig. 8:
    einen Schnitt durch eine als Optikelement dienende, alternativ konturierte Linse,
    Fig. 9:
    einen Schnitt durch einen als Optikelement dienenden Reflektor
  • Wie Fig. 1 zeigt, kann die Leuchte 1 ein Feld von Strahlern 2 umfassen, die zumindest näherungsweise in einer Ebene oder entlang einer harmonisch konturierten Fläche angeordnet sein können. Beispielsweise können die genannten Strahler 2 an einem Teller oder plattenförmigen Leuchtenkorpus 3 angeordnet sein, der in einem Gehäuse aufgenommen oder ein Teil eines Gehäuses bilden kann. Beispielsweise kann die Leuchte 1 als Operationsleuchte ausgebildet sein, die an einem Tragarm positionsverstellbar gelagert sein kann, um die Leuchte 1 passgenau in eine Position über dem zu beleuchtenden Zielgebiet positionieren zu können. Grundsätzlich sind aber auch andere Anwendungen oder Aufhängungs- und Montagemöglichkeiten möglich.
  • Die Strahler 2 können vorteilhafterweise nebeneinander angeordnet und/oder gleichmäßig verteilt vorgesehen sein, wobei beispielsweise mehr als fünf oder mehr als zehn oder mehr als zwanzig Strahler 2 zu der Leuchte 1 zusammengefasst sein können.
  • Die Strahler 2 können dabei im Wesentlichen identisch zueinander ausgebildet sein. Unabhängig hiervon können die Strahler 2 im Betrieb alle leuchten bzw. strahlen, und zwar vorzugsweise unabhängig davon, welchen Durchmesser oder welche Breite das von den Strahlern 2 gemeinsam erzeugte Leuchtfeld haben soll bzw. unabhängig davon, wie die Aufweitung und/oder Fokussierung der von den Strahlern 2 gemeinsam erzeugten Lichtsäule eingestellt wird.
  • Wie Fig. 2 zeigt, kann jeder der Strahler 2 eine matrixartige Lichtquellenanordnung 4 umfassen, die beispielsweise in Form eines LED-Clusters ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise umfasst die Lichtquellenanordnung 4 eine Vielzahl an individuell und/oder gruppenweise ansteuerbaren, vorzugsweise punktförmigen Lichtquellen, die in einem Feld gleichmäßig verteilt angeordnet, beispielsweise auf einer Versorgungsplatine angeordnet sein können.
  • Beispielsweise kann die Lichtquellenanordnung 4 mehr als zwei oder mehr als vier oder mehr als sechs oder wie im gezeigten Fall 8 oder mehr als zehn oder auch mehr als fünfzehn oder mehr als zwanzig Lichtquellen umfassen, die vorzugsweise gleichmäßig verteilt in mehreren reinen Spalten nebeneinander angeordnet sind.
  • Die Lichtquellenanordnung 4 kann insgesamt eine rechteckige oder quadratische oder auch polygonzugartige oder mehreckige, wie beispielsweise sechseckige, oder auch runde oder abgerundete wie ovale oder elliptische Hüllkonturierung besitzen, wobei die genannte Hüllkonturierung die Umrisskontur des Lichtquellenfelds meint.
  • Vorteilhafterweise sind die Lichtquellen der Lichtquellenanordnung 4 in einer gemeinsamen Ebene verteilt angeordnet.
  • Der Strahler 2 weist ferner, wie Fig. 2 zeigt, ein Optikelement 5 auf, das vorteilhafterweise in Form einer Linse oder in Form eines Reflektors oder in Form einer Mischform aus Linse und Reflektor ausgebildet sein kann, um das von der Lichtquellenanordnung 4 her empfangene Licht zu einem Strahlenbündel 6 zu formen, das von dem Optikelement 5 und damit von dem Strahler 2 abgegeben wird, um das jeweilige Zielgebiet auszuleuchten. Insbesondere können die Strahler 2 der Leuchte 1 gemeinsam ein gemeinsames Zielgebiet wie beispielsweise einen Operationstisch ausleuchten und hierzu eine Lichtsäule abgeben, in der sich die Strahlenbündel 6 der Strahler 2 ergänzen und/oder überlagern.
  • Das genannte Optikelement 5 ist dabei derart ausgebildet, dass alle vom Optikelement 5 eingefangenen Lichtstrahlen gleich oft reflektiert werden, wobei die Zahl der Reflexionsvorgänge R vorzugsweise der Beziehung 0 < R < n genügt, wobei n eine natürliche Zahl ist und vorzugsweise ≤ 10 ist. Vorteilhafterweise kann die Zahl der Reflexionsvorgänge R kleiner oder gleich 1 sein und/oder unabhängig hiervon kleiner als 8 oder kleiner als 5 oder kleiner als 3 sein.
  • Wie Fig. 2 zeigt, kann das Optikelement 5 beispielsweise in Form einer scheibenförmigen oder flachen, tellerartigen Linse ausgebildet sein, die eine Lichteintrittsfläche 7 besitzt, die an einer Flachseite der Linse vorgesehen sein und konkav oder in Form einer napfförmigen Ausnehmung konturiert sein kann.
  • An einer der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden Seite kann die Linse reflektieren bzw. total reflektierend ausgebildet sein, so dass kein unreflektierter Lichtanteil aus der Linse austreten kann. Wie der in Fig. 7 gezeigte Strahlengang 8 zeigt, kann ein von der Lichtquellenanordnung 4 her kommender Strahl an der Lichteintrittsfläche 7 durch Brechung umgelenkt werden und dann an der gegenüberliegenden Flachseite der Linse durch Totalreflexion zurückgeworfen werden, um auf die ringförmige Linsenfläche geworfen zu werden, die die Lichteintrittsfläche 7 umgibt. An der genannten Ringfläche 9 kann der Strahlengang 8 erneut umgelenkt werden, beispielsweise durch eine reflektierende Beschichtung, die auf der Linse aufgebracht sein kann, oder, je nach Linsenkonturierung, durch Totalreflexion, um zur Lichtaustrittsfläche 10 gelenkt zu werden, die beispielsweise ringförmig auf einer Flachseite der Linse vorgesehen sein kann. Dabei kann zumindest eine der Oberflächen des Optikelements 5, an dem der Strahlengang 8 umgelenkt wird, facettiert ausgebildet sein, insbesondere mit Mikrofacetten versehen sein, um eine Vergleichmäßigung und durch Mischung des vom Optikelement 5 eingefangenen Lichts zu erreichen. Insbesondere kann die ringförmige Umlenkfläche 9, die den internen Strahlengang 8 zur Lichtaustrittsfläche hin lenkt, mit einer solchen Facettierung ausgebildet sein, vgl. Fig. 7. Insbesondere kann jeder Lichtstrahl 8 an der abstrahlseitigen Endfläche der Linse und an der gegenüberliegenden Ringfläche 9 insgesamt zweimal reflektiert werden.
  • Anstelle einer solchen in der Fig. 7 gezeigten scheibenförmigen Linse kann als Optikelement 5 aber auch eine anders konturierte Linse Verwendung finden, beispielsweise eine tropfenförmige Linse, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist. Eine solche Linse kann eine der Lichtquellenanordnung 4 zugewandte, beispielsweise leicht konkav konturierte Lichteintrittsfläche 7 umfassen und eine der Lichteintrittsfläche 7 gegenüberliegende bzw. abgewandte Lichtaustrittsfläche 10 aufweisen, die deutlich stärker gekrümmt als die Lichteintrittsfläche sein kann und/oder bauchig bzw. konvex gekrümmt sein kann. Insbesondere kann die Linse dazu ausgebildet sein, alle empfangenen Lichtstrahlen ohne Reflexion abzustrahlen, sodass die Strahlengänge lediglich durch Brechung an der Linseneintritts- und -austrittsfläche abgelenkt werden.
  • Wie Fig. 9 zeigt, kann als Optikelement 5 aber auch ein Reflektor vorgesehen sein, der beispielsweise schalenförmig oder muschelförmig oder auch doppelmuschelförmig bzw. doppelschalenförmig gekrümmt sein kann. Beispielsweise kann die Anordnung mit einem solchen Reflektor so getroffen sein, dass die Lichtquellenanordnung 4 an sich in die verkehrte Richtung strahlt, das heißt das Licht entgegengesetzt zu dem abzustrahlenden Strahlenbündel 6 in den Reflektor strahlt, der das empfangene Licht dann zurückwirft und in Form des gewünschten Strahlenbündels 6 abstrahlt. Der Reflektor ist dabei insbesondere dazu ausgebildet, alle Lichtstrahlen einmal zu reflektieren, sodass aus dem Reflektor keine unreflektierten Strahlen austreten.
  • Wie Fig. 2 zeigt, ist die matrixartige Lichtquellenanordnung 4 vorteilhafterweise asymmetrisch bezüglich der optischen Hauptachse 11 des Optikelements 5 angeordnet. Die genannte optische Hauptachse 11 des Optikelements 5 kann zwar durch das Lichtquellenfeld bzw. die Lichtquellenanordnung 4 hindurchtreten, jedoch nicht durch das Zentrum der Lichtquellenanordnung 4, sondern durch einen dazu exzentrisch versetzten Abschnitt. Ist eine insgesamt etwa rechteckige Lichtquellenanordnung 4 vorgesehen, kann die Lichtquellenanordnung 4 in Richtung der längeren Hauptachse des Rechtecks versetzt angeordnet sein.
  • Insbesondere kann die Lichtquellenanordnung 4 relativ zur optischen Hauptachse 11 des Optikelements 5 derart positioniert sein, dass eine Lichtquelle bzw. -gruppe zur optischen Hauptachse 11 symmetrisch positioniert ist und zumindest eine weitere Lichtquelle oder -gruppe zur optischen Hauptachse 11 asymmetrisch bzw. querversetzt positioniert ist. Vorteilhafterweise sind zumindest eine Lichtquelle oder -gruppe symmetrisch und zumindest zwei weitere Lichtquellen oder -gruppen zur Hauptachse 11 exzentrisch versetzt angeordnet, wobei die beiden genannten zumindest zwei weiteren Lichtquellen bzw. -gruppen vorteilhafterweise unterschiedlich weit zur Hauptachse 11 querversetzt sind.
  • Beispielsweise kann eine Lichtquellenreihe 0 symmetrisch zur optischen Hauptachse 11, eine weitere Lichtquellenreihe 1 benachbart zur Lichtquellenreihe 0, aber versetzt von der Hauptachse 11 angeordnet sein und eine weitere Lichtquellenreihe 2 benachbart zur vorgenannten Lichtquellenreihe 1 und nochmals weiter querversetzt von der Hauptachse 11 angeordnet sein. Eine zusätzliche Lichtquellenreihe -1 kann wiederum benachbart zur symmetrischen Lichtquellenreihe 0, jedoch zur gegenüberliegenden Seite hin querversetzt angeordnet sein, vgl. Fig. 2.
  • Die symmetrisch und asymmetrisch bzw. unterschiedlich weit asymmetrisch angeordneten Lichtquellen bzw. -gruppen der Lichtquellenanordnung 4 sind vorteilhafterweise individuell bzw. gruppenweise von einer Ansteuervorrichtung 12 ansteuerbar, insbesondere ein- und ausschaltbar und/oder dimmbar. Die genannte Ansteuervorrichtung 12 kann eine elektronische Steuerung beispielsweise umfassend eine Prozessor-Steuerungsbaugruppe aufweisen und Teil einer Einstellvorrichtung 13 sein bzw. mit einer solchen Einstellvorrichtung 13 verbunden sein, die zur variablen Einstellung der Aufweitung und/oder der Fokussierung des Strahlenbündels 6 vorgesehen ist. Die genannte Einstellvorrichtung 13 kann dabei Eingabemittel zum Eingeben bzw. Vorwählen einer gewünschten Aufweitung und/oder Fokussierung aufweisen, beispielsweise in Form einer Einstelltaste, eines Einstelldrehknopfes oder auch eines Touchscreens oder in Form anderer Eingabemittel. Alternativ oder zusätzlich kann die Einstellvorrichtung 13 aber auch automatisch arbeitend ausgebildet sein bzw. einen Automatikmodus aufweisen, um die Aufweitung und/oder Fokussierung des Strahlenbündels 6 automatisch in Form eines Betriebs- und/oder Umgebungsparameters einzustellen.
  • Beispielsweise kann die Leuchte 1 einen Abstandssensor 14 umfassen, der den Abstand der Leuchte 1 und/oder eines Strahlers 2 vom zu beleuchtenden Zielgebiet besitzen, wobei die Ansteuervorrichtung 12 die Lichtquellen der Lichtquellenanordnung 4 in Abhängigkeit des erfassten Abstands ansteuert.
  • Wie ein Vergleich der Figuren 3 bis 5 zeigt, verbreitert oder verjüngt sich das Strahlenbündel 6 des Strahlers 2 je nachdem, welche Lichtquellen bzw. -gruppen angesteuert werden. Wird beispielsweise nur die symmetrisch angeordnete Lichtquellenreihe 0 eingeschaltet, vgl. Fig. 3, wird ein enges Strahlenbündel 6 erzeugt.
  • Wird zusätzlich zur symmetrischen Lichtquellenreihe 0 die dazu benachbarte, aber zur Hauptachse 11 asymmetrische Lichtquellenreihe 1 eingeschaltet, wird ein breiteres Strahlenbündel 6 erzeugt, da der von den asymmetrischen Lichtquellen her kommende Strahlenbündelteil stärker abgelenkt vom Optikelement 5 abgestrahlt wird, vgl. Fig. 4.
  • Dabei zeigt die zusätzliche Linie L in Fig. 4 auch die Option, ein verbreitertes Strahlenbündel durch symmetrisches Zuschalten von weiter entfernten Lichtquellen zu erzeugen. Insbesondere verdeutlicht die zusätzliche Linie L den verbreiterten Strahlenbündelteil, der erhalten wird, wenn die LED-Baugruppe -1 zugeschaltet bzw. hochgedimmt wird, sodass dann in diesem Falle die Lichtquellengruppen -1, 0 und 1 mit vergleichbarer Intensität strahlen. Die Verbreiterung des Strahlenbündels kann also nicht nur durch Ergänzung bzw. Überlagerung asymmetrisch zugeschalteter bzw. hochgedimmter Lichtquellen erzeugt werden, sondern auch durch Zuschalten bzw. Hochdimmen immer weiter von der Hauptachse beabstandeter, bezüglich der Hauptachse aber symmetrisch angeordneter Lichtquellen bzw. - gruppen.
  • Werden zusätzlich zu der symmetrisch angeordneten Lichtquellenreihe 0 die dazu benachbarte, asymmetrisch angeordnete Lichtquellenreihe 1 und die wiederum dazu benachbarte, nochmals weiter asymmetrisch angeordnete Lichtquellenreihe 2 betrieben, kann ein nochmals verbreitertes bzw. stärker aufgeweitetes Strahlenbündel 6 erzeugt werden, vgl. Fig. 5.
  • Wie die Teilansichten von Fig. 6 vergleichend verdeutlichen, kann durch Zu- und Abschalten mehr oder weniger stark asymmetrisch angeordneter Lichtquellen bzw. -gruppen auch die Fokusebene des Strahlenbündels 6 verändert werden bzw. in verschiedenen Fokusebenen verschiedene Breiten oder Durchmesser des Strahlenbündels 6 eingestellt, je nachdem, welche der Lichtquellen der Lichtquellenanordnung 4 betrieben werden.
  • Fig. 6a zeigt die von den einzelnen Lichtquellen bzw. Lichtquellenreihen erzeugbaren Strahlenbündelanteile, während die Teilansichten 6b, 6c und 6d die durch verschiedene Kombination der Strahlenbündelanteile erzeugbaren Strahlenbündel 6 zeigen, wobei wiederum die Teilansicht b die erzeugbaren Feldbreiten bzw. Bündeldurchmesser in einer Fokusebene im Abstand von beispielsweise 1 m, die Teilansicht c die erzeugbaren Feldbreiten bzw. Bündeldurchmesser in einer Fokusebene im Abstand von beispielsweise 0,7 m und die Teilansicht d verschiedene Feldbreiten bzw. Bündeldurchmesser in einer Fokusebene im Abstand von beispielsweise 1,5 m vom Optikelement 5 des Strahlers 2 zeigt.
  • Wie die Figuren 8 und 9 zeigen, ergeben sich auch bei anders konturierten Linsen oder einem Reflektor als Optikelement 5 entsprechende, in unterschiedliche Richtungen abgestrahlte Strahlenbündelanteile 6.0 und 6.1, die bei Ergänzung verschieden stark aufgeweitete Strahlenbündel 6 ergeben.
  • Wie Fig. 2 zeigt, ist zwischen der Lichtquellenanordnung 4 und dem Optikelement 5 vorteilhafterweise eine Mischoptik 15 vorgesehen, die vorteilhafterweise nach Art eines länglichen Mischstabs ausgebildet sein kann, um das von der Lichtquellenanordnung 4 her kommende Licht zu durchmischen noch bevor es auf das Optikelement 5 trifft.
  • Insbesondere kann die genannte Mischoptik 5 in Form eines segmentierten Mischstabs ausgebildet sein, dessen Stabsegmente ein Stabbündel bilden und umfangsseitig aneinander flächig angrenzen.
  • Die einzelnen Mischstabsegmente 16 können dabei einer jeweiligen Lichtquelle oder -gruppe zugeordnet sein, die individuell ansteuerbar bzw. zu- und wegschaltbar ist, um das Licht der jeweiligen Lichtquelle bzw. -gruppe zu durchmischen.
  • Wie Fig. 2 zeigt, können die zuschaltbaren und/oder verschieden stark asymmetrisch angeordneten Lichtquellengruppen Lichtquellen verschiedener Lichtfarbe umfassen, sodass in der Mischoptik 15, insbesondere im jeweiligen Mischstabsegment 16 eine Durchmischung des unterschiedlich farbigen Lichts erfolgt.

Claims (17)

  1. Strahler mit einer matrixartigen Lichtquellenanordnung (4), einem Optikelement (5) zum Formen des von der Lichtquellenanordnung (4) her empfangenen Lichts zu einem Strahlenbündel (6), sowie einer Einstellvorrichtung (13) zum Einstellen der Aufweitung und/oder Fokussierung des Strahlenbündels (6), wobei die Einstellvorrichtung (13) eine Ansteuervorrichtung (12) zum individuellen und/oder gruppenweisen Ansteuern der Lichtquellen der Lichtquellenanordnung (4) umfasst, die zum Einstellen der Aufweitung und/oder Fokussierung des Strahlenbündels (6) verschiedene Betriebsmodi aufweist, in denen verschiedene Untergruppen der Lichtquellen angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (5) dazu ausgebildet ist, das gesamte empfangene Licht beim Formen zum Strahlenbündel (6) gleich oft zu reflektieren, wobei die Anzahl der Reflexionsvorgänge (R) eines jeden empfangenen Lichtstrahls an dem Optikelement (5) der Beziehung 0 ≤ R < n genügt und n eine natürliche Zahl ≤ 10 ist, und die Einstellvorrichtung (13) einen Betriebsmodus zum Verstellen der Abstrahlrichtung und/oder Hauptachse des Strahlenbündels (6) aufweist, in dem zum Verkippen der Abstrahlrichtung und/oder Hauptachse des Strahlenbündels (6) verschiedene Untergruppen der Lichtquellen angesteuert werden, die verschieden stark asymmetrisch zur optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) versetzt angeordnet sind.
  2. Strahler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Anzahl der Reflexionsvorgänge (R) eines jeden Lichtstrahls am Optikelement (5) der Beziehung 0 < R < 5 oder 0 < R < 3 genügt.
  3. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Betriebsmodus der Ansteuervorrichtung (12) eine erste Lichtquelle oder - gruppe, die bezüglich der optischen Hauptachse des Optikelements (5) symmetrisch angeordnet ist, leuchtet und eine zweite Lichtquelle oder -gruppe, die bezüglich der optischen Hauptachse des Optikelements (5) asymmetrisch und/oder exzentrisch versetzt angeordnet ist, abgeschaltet und/oder im Vergleich zur ersten Lichtquelle oder -gruppe heruntergedimmt ist, und in einem zweiten Betriebsmodus die genannte erste Lichtquelle oder -gruppe sowie zumindest die genannte zweite Lichtquelle oder -gruppe mit vergleichbaren Intensitäten leuchten.
  4. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuervorrichtung (12) dazu ausgebildet ist, zum Verkippen der Hauptstrahlachse des Strahlenbündels (6) kaskadenartig immer weiter querversetzte Lichtquellen oder -untergruppen zuzuschalten, sodass die Asymmetrie des von allen jeweils leuchtenden Lichtquellen erzeugte Lichtbündel, das auf das Optikelement (5) trifft, bezüglich der optischen Hauptachse des Optikelements (5) immer stärker wird.
  5. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquellenanordnung (4) insgesamt asymmetrisch zur optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) angeordnet ist.
  6. Strahler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Lichtquellenanordnung (4) insgesamt rechteckig konturiert ist und in Richtung der längeren Hauptachse des Rechtecks außermittig versetzt zu der optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) angeordnet ist.
  7. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einstellvorrichtung (13) einen weiteren Betriebsmodus zum Einstellen der Aufweitung des Strahlenbündels aufweist, in dem verschiedene Untergruppen der Lichtquellen angesteuert werden, die symmetrisch zur optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5), unterschiedlich weit von der optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) beabstandet angeordnet sind.
  8. Strahler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ansteuervorrichtung (12) dazu ausgebildet ist,
    - zum Verbreitern des Strahlenbündels (6) kaskadenartig immer weiter von der Hauptachse (11) des Optikelements (5) beabstandete Lichtquellen oder - untergruppen zuzuschalten, und/oder
    - zum Erzeugen eines im Querschnitt elliptischen oder ovalen oder länglich gestreckten Strahlenbündels (6) entlang einer Achse senkrecht zur Hauptachse (11) des Optikelements (5) zunehmend weiter von der Hauptachse (11) beabstandete Lichtquellen oder -untergruppen zuzuschalten und/oder entlang einer zweiten Achse senkrecht zur optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) weiter von der Hauptachse (11) des Optikelements (5) beabstandete Lichtquellen oder -untergruppen abzuschalten und/oder herunterzudimmen.
  9. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Lichtquellenanordnung (4) und dem Optikelement (5) eine Mischoptik (15) zum kompletten oder gruppenweisen Mischen des von den Lichtquellen oder -gruppen der Lichtquellenanordnung (4) abgegebenen Lichts vorgesehen ist, wobei die Mischoptik (15) einen segmentierten Mischstab umfasst, dessen Segmente jeweils einer individuell zuschaltbaren Lichtquellengruppe zugeordnet sind, die unterschiedlich farbige Lichtquellen aufweisen, deren unterschiedlich farbiges Licht in den Mischstabsegmenten gemischt wird.
  10. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der segmentierte Mischstab zur optischen Hauptachse des Optikelements (5) asymmetrisch versetzt angeordnet ist.
  11. Strahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Optikelement (5) in Form einer scheibenförmigen oder flachen, tellerartigen Linse ausgebildet ist, die gegenüber einer Lichteintrittsfläche (7) einen reflektierenden und/oder total reflektierenden Linsenabschnitt besitzt, von dem Lichtstrahlen zurück auf eine Ringfläche (9) um die Lichteintrittsfläche (7) herum gelenkt werden, welche Ringfläche (9) dazu ausgebildet ist, die Strahlen auf eine ringförmige Ringaustrittsfläche (10) auf einer gegenüberliegenden Linsenseite zu lenken.
  12. Strahler nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ringfläche (9) mit einer Facettierung versehen ist.
  13. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Optikelement (5) einen Reflektor aufweist, zu dessen Hauptachse die Lichtquellenanordnung (4) versetzt angeordnet ist.
  14. Strahler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Optikelement (5) eine zumindest näherungsweise runde, bauchig ausgeformte Linse aufweist, zu deren Hauptachse die Lichtquellenanordnung (4) versetzt angeordnet ist.
  15. Leuchte mit einer Vielzahl von Strahlern (2), von denen zumindest einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
  16. Leuchte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einstellvorrichtung (13) dazu ausgebildet ist, auch bei unterschiedlichen Aufweitungen und/oder unterschiedlichen Fokussierungen der von den Strahlern (1) gemeinsam abgegebenen Lichtsäule die gleiche Anzahl, insbesondere alle Strahler (2) mit zumindest näherungsweise gleicher Intensität leuchten zu lassen.
  17. Verwendung eines Strahlers mit einer matrixartigen Lichtquellenanordnung (4) und einem das von der Lichtquellenanordnung (4) her empfangene Licht formenden Optikelement (5) in einer Leuchte zum Erzeugen eines unterschiedlich aufgeweiteten und/oder fokussierten Strahlenbündels (6), wobei asymmetrisch zur optischen Hauptachse (11) des Optikelements (5) angeordnete Lichtquellen der matrixartigen Lichtquellenanordnung (4) zum Verkippen der Hauptabstrahlrichtung des Strahlenbündels (6) einzeln und/oder untergruppenweise individuell angesteuert werden.
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