EP4248129A1

EP4248129A1 - Beleuchtungsanordnung und verfahren zur erzeugung eines lichtspots mit einstellbarer spotgrösse

Info

Publication number: EP4248129A1
Application number: EP21819382.9A
Authority: EP
Inventors: Axel Meise; Stefan Wolfram
Original assignee: Occhio GmbH
Current assignee: Occhio GmbH
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-09-27
Also published as: DE102020130950A1; WO2022106677A1

Abstract

Es wird eine Beleuchtungsanordnung zur Erzeugung eines Lichtspots auf einer Beleuchtungsfläche B mit einstellbarer, vorzugsweise stufenlos einstellbarer, Spotgröße vorgeschlagen, die Folgendes aufweist: eine Vielzahl von helligkeitssteuerbaren bzw. dimmbaren Leuchtmitteln (1, 2, 3), mindestens eine Primäroptik (10; 11, 12, 13), und eine Steuereinheit (40), die dazu ausgebildet ist, die Leuchtmittel (1, 2, 3) unabhängig voneinander anzusteuern. Die Leuchtmittel 1, 2, 3) und die mindestens eine Primäroptik (10; 11, 12, 13) sind derart angeordnet, dass auf der Beleuchtungsfläche B im Wesentlichen konzentrische Einzel-Lichtspots (S1, S2, S3) unterschiedlicher Größe erzeugbar sind. Die Steuereinheit (40) ist dazu ausgebildet, die Leuchtmittel (1, 2, 3) derart anzusteuern, dass die erzeugten Einzel-Lichtspots (S1, S2, S3) auf der Beleuchtungsfläche B zu einem Lichtspot mit einstellbarer Spotgröße überlagerbar sind. Ferner wird ein Verfahren zum Einstellen, vorzugsweise stufenlosen Einstellen, einer Spotgröße eines Lichtspots auf einer Beleuchtungsfläche B vorgeschlagen.

Description

Beleuchtungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung eines Lichtspots mit einstellbarer Spotgröße

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung zur Erzeugung eines Lichtspots gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1 und ein zugehöriges Verfahren gemäß dem Gegenstand von Anspruch 11.

An moderne Beleuchtungssysteme wird die Anforderung gestellt, möglichst viele Beleuchtungsparameter nutzerseitig einstellen zu können. So sind beispielsweise dimmbare Beleuchtungssysteme bekannt, bei denen die Helligkeit bzw. Lichtintensität des Beleuchtungssystems durch einen Nutzer verändert werden kann. Ein weiterer Parameter, für dessen Ei nstel Ibarkeit ein Bedarf besteht, ist die von dem Beleuchtungssystem erzeugte Lichtverteilung. Für Beleuchtungssysteme, die eine spotartige Beleuchtung einer Fläche bereitstellen, ist es beispielsweise wünschenswert, die Größe des von dem Beleuchtungssystem erzeugten Spots einstellen zu können.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Bereitstellung einer variablen Abstrahlcharakteristik zur Einstellung einer Spotgröße bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2017 213 488 Al eine Leuchte mit steuerbarer Abstrahlcharakteristik, die eine mechanisch bewegliche Auskoppeloptik aufweist. Durch Bewegen der Auskoppeloptik wird die Abstrahlcharakteristik der Leuchte verändert.

Eine derartige Konstruktion weist verschiedene Nachteile auf. Entweder muss die Auskoppeloptik manuell von einem Benutzer bewegt werden, was als umständlich und aufwändig empfunden wird. Alternativ kann die Auskoppeloptik mittels eines dafür vorgesehenen Antriebs bewegt werden. Dies erhöht aber den konstruktiven Aufwand. Zudem erzeugt der Antrieb beim Bewegen der Auskoppeloptik störende Geräusche.

Im Lichte der obenstehenden Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zur Ausleuchtung einer Beleuchtungsfläche mit einem Spot mit einstellbarer Größe bereitzustellen, die sich durch einen geringen konstruktiven Aufwand auszeichnet und bei der für die Einstellung der Spotgröße keine mechanisch beweglichen Elemente benötigt werden.

Die Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Beleuchtungsanordnung zur Erzeugung eines Lichtspots auf einer Beleuchtungsfläche mit einstellbarer, vorzugsweise stufenlos einstellbarer, Spotgröße, aufweisend eine Vielzahl von helligkeitssteuerbaren bzw. dimmbaren Leuchtmitteln, mindestens eine Primäroptik und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Leuchtmittel unabhängig voneinander anzusteuern; wobei die Leuchtmittel und die mindestens eine Primäroptik derart angeordnet sind, dass auf der Beleuchtungsfläche im Wesentlichen konzentrische Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe erzeugbar sind, und wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Leuchtmittel derart anzusteuern, dass die erzeugten Einzel-Lichtspots auf der Beleuchtungsfläche zu einem Lichtspot mit einstellbarer Spotgröße überlagerbar sind.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, zur Einstellung der Spotgröße der Beleuchtungsanordnung eine Vielzahl von dimmbaren Leuchtmitteln vorzusehen, die mit mindestens einer Primäroptik kombiniert werden, um konzentrische Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe auf einer gemeinsamen Beleuchtungsfläche zu erzeugen. Zur Einstellung der Spotgröße wird die Helligkeit bzw. Abstrahlintensität der Leuchtmittel gesteuert, so dass sich die Einzel-Lichtspots auf der Beleuchtungsfläche zu einem Lichtspot mit einstellbarer Spotgröße überlagern. Mit dieser Lösung sind zur Einstellung der Spotgröße keine mechanisch beweglichen Komponenten erforderlich. Die Einstellung der Spotgröße wird vielmehr durch eine (letztlich rein elektronische) Steuerung von Leuchtmitteln realisiert, die ebenso wie die mindestens eine Primäroptik unbeweglich in der Beleuchtungsanordnung angeordnet werden. Dadurch werden die Nachteile, die sich bei der Einstellung der Spotgröße mittels mechanisch beweglicher Komponenten ergeben, vollständig vermieden. Die Einstellung der Spotgröße erfolgt letztlich rein digital durch die entsprechende Ansteuerung der Leuchtmittel über die Steuereinheit. Unter einem Spot, Einzel-Lichtspot und Lichtspot ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine auf einer Beleuchtungsfläche erzeugbare Helligkeitsverteilung zu verstehen, die einen zusammenhängenden Bereich auf der Beleuchtungsfläche ausbildet. Die Einzel-Lichtspots bilden auf der Beleuchtungsfläche vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen oder ringförmigen Bereich aus.

Die Beleuchtungsfläche, auf der mittels der Beleuchtungsanordnung ein Lichtspot mit einstellbarer Spotgröße erzeugbar ist, unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsfläche eine im Wesentlichen ebene Fläche, beispielsweise eine Wand oder ein Boden in einem Innen- oder Außenraum.

Zur Bestimmung von Spotgrößen kann eine charakteristische Abmessung des Spots auf der Beleuchtungsfläche herangezogen werden. Bildet ein Spot beispielsweise einen im Wesentlichen kreis- oder ringförmigen Bereich aus, kann ein Bereich, in dem die Helligkeit oder Leuchtstärke einen vorgegebenen Bruchteil der maximal auftretenden Helligkeit oder Leuchtstärke, beispielsweise 50% der maximal auftretenden Helligkeit oder Leuchtstärke des Spots, übersteigt, definiert werden, und die Spotgröße als Durchmesser dieses Bereichs festgelegt werden. Zur Ei nstel Ibarkeit der Spotgröße ist es lediglich erforderlich, dass die den Leuchtmitteln zugeordneten Einzel-Lichtspots im Wesentlichen konzentrisch sind, d.h., dass auf der Beleuchtungsfläche Einzel-Lichtspots derart erzeugbar sind, dass Einzel-Lichtspots mit kleinerer Spotgröße innerhalb von Einzel -Lichtspots mit größerer Spotgröße liegen oder von diesen umschrieben werden. Durch eine Überblendung oder Überlagerung der Einzel-Lichtspots mittels der Steuereinheit ist dann die Größe des Lichtspots, der sich aus einer Überlagerung von Einzel- Lichtspots ergibt, einstellbar.

Die Anzahl der verwendeten Leuchtmittel unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Je mehr Leuchtmittel eingesetzt werden, desto größer ist der Bereich der einstellbaren Größe des Lichtspots. Vorzugsweise werden zur Bereitstellung eines zufriedenstellenden Einstellbereichs für die Spotgröße drei oder mehr Leuchtmittel verwendet.

Die im Rahmen der Erfindung verwendeten Primäroptiken unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Wesentlich ist, dass sie hinsichtlich ihrer Anordnung und Ausgestaltung derart an die Leuchtmittel angepasst sind, dass das mit den Leuchtmitteln erzeugbare Abstrahlmuster in Form von im Wesentlichen konzentrischen Einzel-Lichtspots auf der Beleuchtungsfläche abgebildet wird. Werden als Leuchtmittel beispielsweise LED-basierte Leuchtmittel eingesetzt, die eine im Wesentlichen kegelförmige Lichtverteilung abstrahlen, kann als Primäroptik beispielsweise ein kollimierendes Element wie eine Linse oder ein Linsensystem bevorzugt sein, mit der der Abstrahlwinkel des Leuchtmittels modifiziert werden kann. Die Primäroptiken können jeweils durch ein optisches Element (wie beispielsweise eine Linse) gebildet sein oder mehrere Komponenten (beispielsweise ein Linsensystem aus mehreren Linsen) aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungsanordnung eine Vielzahl von Primäroptiken auf, wobei jedem Leuchtmittel mindestens eine, vorzugsweise genau eine, Primäroptik zugeordnet ist, die jeweils derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mit jedem Leuchtmittel einer der Einzel-Lichtspots auf der Beleuchtungsfläche erzeugbar ist.

Gemäß dieser Ausführungsform bildet jedes Leuchtmittel mit der ihm zugeordneten Primäroptik eine funktionale Einheit, so dass die den Leuchtmitteln zugeordneten Primäroptiken auf das jeweilige Leuchtmittel abgestimmt werden können, um die Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe mit dem jeweiligen Leuchtmittel auf der Beleuchtungsfläche zu erzeugen.

Vorzugsweise ist jedem Leuchtmittel genau eine Primäroptik zugeordnet. Dies erlaubt eine einfache konstruktive Realisierung von Einheiten aus jeweils einem Leuchtmittel und einer Primäroptik zur Erzeugung der Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe. Die Leuchtmittel mit den jeweils zugehörigen Primäroptiken können dann beispielsweise derart in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sein, dass die Lichtabstrahlung zur Beleuchtung der Beleuchtungsfläche im Wesentlichen in die gleiche Richtung erfolgt.

Es kann hierbei bevorzugt sein, dass Leuchtmittel mit kleinen räumlichen Ausdehnungen verwendet werden, beispielsweise LED-basierte Leuchtmittel. Mit derartigen Leuchtmitteln ist in einer Abstrahlrichtung eine im Wesentlichen rotationssymmetrische, annähernd kegelförmige Lichtverteilung mit einem vorgegebenen Abstrahlwinkel erzeugbar. Werden die Leuchtmittel im Wesentlichen im gleichen Abstand von der Beleuchtungsfläche angeordnet, können die jeweiligen Primäroptiken verwendet werden, um unterschiedliche Abstrahlwinkel für die einzelnen Leuchtmittel einzustellen, beispielsweise, indem als Primäroptiken kollimierende Elemente wie Linsen mit unterschiedlicher Brechkraft verwendet werden. Damit sind auf konstruktiv einfache Weise Einzel - Lichtspots unterschiedlicher Größe auf der Beleuchtungsfläche erzeugbar, da die Größe der Einzel-Lichtspots mit dem jeweils eingestellten Abstrahlwinkel variiert.

Als Abstrahlwinkel kann insbesondere bei einer rotationssymmetrischen, annähernd kegelförmigen Lichtverteilung des abgestrahlten Lichts in üblicher Weise der Winkel definiert werden, bei dem die Intensität einen vorgegebenen Bruchteil, beispielsweise 50%, der maximalen in der Lichtverteilung auftretenden Intensität beträgt.

Alternativ ist es mit dieser Ausführungsform möglich, die Leuchtmittel mit den jeweils zugehörigen Primäroptiken räumlich voneinander beabstandet vorzusehen und so anzuordnen, dass die Beleuchtungsfläche mit Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe beleuchtbar ist. Auch in diesem Fall können als Primäroptiken kollimierende Elemente wie Linsen verwendet werden. Die Primäroptiken können so gewählt werden, dass mehrere Lichtquellen eine Lichtverteilung mit gleichem Abstrahlwinkel erzeugen. Zur Erzeugung von Einzel- Lichtspots unterschiedlicher Größe werden die Leuchtmittel mit den zugehörigen Primäroptiken dann in unterschiedlichen Abständen von der Beleuchtungsfläche angeordnet. Alternativ können mehrere Leuchtmittel im Wesentlichen im gleichen Abstand von der Beleuchtungsfläche angeordnet werden. Verschiedene Größen der jeweils erzeugbaren Einzel-Lichtspots können dann durch die Einstellung unterschiedlicher Abstrahlwinkel mittels geeigneter Konfigurationen der Primäroptiken erreicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungsanordnung eine gemeinsame Primäroptik für die Leuchtmittel auf, wobei die Leuchtmittel und die Primäroptik derart angeordnet sind, dass mit jedem Leuchtmittel einer der Einzel-Lichtspots auf der Beleuchtungsfläche unter Verwendung der Primäroptik erzeugbar ist.

Mit dieser Ausführungsform lässt sich eine baulich besonders kompakte Variante der Beleuchtungsanordnung realisieren, die eine reduzierte Anzahl an Komponenten benötigt, da für alle Leuchtmittel eine gemeinsame Primäroptik zur Erzeugung der Einzel-Lichtspots bereitgestellt wird. Da im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform eine gemeinsame Primäroptik für die Leuchtmittel genutzt wird, ist es bevorzugt, dass die Leuchtmittel räumlich nah aneinander angeordnet werden. Werden beispielsweise LEDs als Leuchtmittel verwendet, kann es bevorzugt sein, eine LED-Matrix oder einen LED-Cluster bereitzustellen, bei dem mehrere Gruppen von LEDs gemeinsam ansteuerbar sind. Die gemeinsam ansteuerbaren LEDs bilden jeweils ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel aus.

Es ist hierbei bevorzugt, dass die Leuchtmittel im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Beispielsweise können als Leuchtmittel organische Leuchtdioden (OLEDs) verwendet werden, die auf einem gemeinsamen Substrat konzentrisch angeordnet sind. Alternativ kann wie zuvor beschrieben eine LED-Matrix oder ein LED-Cluster mit Gruppen von LEDs verwendet werden, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind, wobei jede separat ansteuerbare Gruppe von LEDs ein Leuchtmittel bildet und die Gruppen von LEDs im Wesentlichen konzentrische Bereiche innerhalb der LED-Matrix oder des LED-Clusters bilden. Dadurch werden konzentrisch angeordnete Leuchtmittel unterschiedlicher Größe gebildet, mit denen bei Verwendung einer gemeinsamen Primäroptik Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe erzeugbar sind.

Es ist dabei bevorzugt, dass die Leuchtmittel ein erstes Leuchtmittel aufweisen, das einen ersten geschlossenen, vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmigen, Bereich einnimmt, sowie zweite Leuchtmittel, die das erste Leuchtmittel umgeben. Das erste Leuchtmittel strahlt über einen geschlossenen, vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmigen Bereich, Licht ab, das mittels der Primäroptik in einen Einzel-Lichtspot abgebildet wird, der eine geschlossene, im Wesentlichen kreisförmige Form mit einer ersten Größe aufweist. Mit den zweiten Leuchtmitteln, die das erste Leuchtmittel umgeben und vorzugsweise im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind, sind Einzel-Lichtspots erzeugbar, die den mit dem ersten Leuchtmittel erzeugbaren Einzel-Lichtspot umgeben. Durch Überlagerung des mittels des ersten Leuchtmittels erzeugbaren Einzel -Lichtspots mit einem oder mehreren der Einzel-Lichtspots, die mittels der zweiten Leuchtmittel erzeugbar sind, kann auf einfache Weise ein Lichtspot mit einstellbarer Größe erzeugt werden, wobei die Größe des Lichtspots durch die Ansteuerung einer entsprechenden Anzahl von zweiten Leuchtmitteln einstellbar ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beleuchtungsanordnung mindestens ein Diffusor-Element auf. Das Diffusor- Element ist vorzugsweise zwischen der mindestens einen Primäroptik und der Beleuchtungsfläche angeordnet.

Wird ein Diffusor zwischen einem Leuchtmittel und der Beleuchtungsfläche angeordnet, wird der von dem Leuchtmittel erzeugte Einzel -Lichtspot auf der Beleuchtungsfläche weichgezeichnet. Das heißt, die durch das Leuchtmittel und die zugehörige Primäroptik definierte Lichtverteilung wird durch das Diffusor- Element verbreitert. Dies führt insbesondere an den Rändern der erzeugten Einzel-Lichtspots zu einem weicheren Intensitätsübergang der Lichtverteilung. Dadurch können Einzel-Lichtspots verschiedener Größe erzeugt werden, die in den Randbereichen der Einzel-Lichtspots einen verbreiterten, diffusen Überlapp aufweisen. Somit erleichtert die Verwendung von Diffusor-Elementen eine stufenlose Einsteilbarkeit der Größe des Lichtspots.

Unter einem Diffusor-Element ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein optisches Element zu verstehen, dass eine Streuung des transmittierten Lichts bewirkt. Als Diffusor-Element können beispielsweise transparente Elemente mit aufgerauter Oberfläche wie Streuscheiben oder konventionelle optische Diffusoren verwendet werden.

Es ist ferner bevorzugt, dass die Leuchtmittel durch LEDs, vorzugsweise LED- Matrizen und/oder LED-Cluster, vorzugsweise mit warmweißer und/oder kaltweißer Farbtemperatur, gebildet sind. Derartige Leuchtmittel weisen einen geringen Platzbedarf auf. Zudem ist die Ansteuerung über eine Steuereinheit zur Einstellung der Helligkeit der Leuchtmittel einfach realisierbar. Die Leuchtmittel können jeweils durch einzelne LEDs gebildet sein. Alternativ kann ein Leuchtmittel eine Vielzahl von LEDs aufweisen, die in Form einer LED-Matrix oder eines LED-Clusters bereitgestellt sind. Ferner können zur Erreichbarkeit einer gewünschten Farbtemperatur LEDs mit warmweißer oder kaltweißer Farbtemperatur, oder eine beliebige Kombination derartiger LEDs verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können farbige LEDs verwendet werden.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die mindestens eine Primäroptik mindestens eine Linse und/oder mindestens einen Reflektor und/oder mindestens eine Freiformoptik aufweist. Damit kann, je nach relativer Anordnung der Leuchtmittel, eine geeignete Abstrahlcharakteristik jedes Leuchtmittels zur Erzeugung von Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe auf der Beleuchtungsfläche eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Leuchtmittel auf einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet. Werden als Leuchtmittel LEDs (in Form von Einzel-LEDs und/oder Matrizen bzw. Clustern) verwendet, können die LEDs auf einer gemeinsamen Platine angeordnet werden, oder es können für jedes Leuchtmittel getrennte Platinen vorgesehen werden, die auf einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet werden. Dadurch kann der Bauraum der Beleuchtungsanordnung weiter reduziert und der konstruktive Aufwand verringert werden. Das Trägerelement kann aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet werden und damit als Wärmesenke für die Leuchtmittel dienen.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Beleuchtungsanordnung mindestens ein Gehäuse aufweist, in dem mindestens eines der Leuchtmittel oder alle Leuchtmittel aufgenommen ist/sind. Vorzugsweise ist das Gehäuse schwenkbar ausgebildet. Durch die Integration von Leuchtmitteln in ein gemeinsames Gehäuse kann der für die Beleuchtungsanordnung benötigte Bauraum reduziert werden. Zudem kann durch eine verschwenkbare Ausführung des Gehäuses der Ort, an dem auf der Beleuchtungsfläche der Lichtspot mit einstellbarer Größe erzeugbar ist, variiert werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Einstellen, vorzugsweise stufenlosen Einstellen, einer Spotgröße eines Lichtspots auf einer Beleuchtungsfläche, vorzugsweise unter Verwendung einer Beleuchtungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

• Bereitstellen und Anordnen einer Vielzahl von Leuchtmitteln und mindestens einer Primäroptik zur Erzeugung im Wesentlichen konzentrischer Einzel-Lichtspots unterschiedlicher Größe auf der Beleuchtungsfläche;

• Ansteuern und Dimmen der Leuchtmittel zur Erzeugung eines überlagerten

Lichtspots mit eingestellter Spotgröße. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich dieselben Vorteile erzielen, wie sie bereits in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung beschrieben wurden. Es sei darauf hingewiesen, dass die im Rahmen der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung beschriebenen Merkmale auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen der Spotgröße des Lichtspots zutreffen. Merkmale der Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere solche, die das Einstellen der Größe des Lichtspots betreffen, sind auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar. Ebenso sind Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung übertragbar, indem die Beleuchtungsvorrichtung derart konfiguriert wird, dass sie zur Ausführung der entsprechenden Verfahrensmerkmale geeignet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beschrieben, die anhand der Figuren näher erläutert werden. Die beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, wie nachfolgend in den Figuren der Zeichnung gezeigt und anhand der Zeichnung beschrieben, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer

Beleuchtungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine Beleuchtungsfläche mit einem Spot einstellbarer Größe beleuchtet;

Fig. 2a und 2b schematische Ansichten einer Beleuchtungsanordnung zur Verwendung in der Beleuchtungsanordnung aus Fig. 1;

Fig. 3a und 3b schematische Darstellungen von Leuchtmittelanordnungen zur Verwendung in der Beleuchtungsanordnung aus Fig. 1;

Fig. 4a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsfläche zur Erläuterung der einstellbaren Spotgröße mit einer Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 1; Fig. 4b einen Graph, der schematisch eine mögliche Steuerlogik für die Einstellung der Spotgröße gemäß Fig. 4a zeigt;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer

Beleuchtungsanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine Beleuchtungsfläche mit einem Spot einstellbarer Größe beleuchtet;

Fig. 6a und 6b schematische Darstellungen von Leuchtmittelanordnungen zur

Verwendung in der Beleuchtungsanordnung aus Fig. 5;

Fig. 7a eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsfläche zur

Erläuterung der einstellbaren Spotgröße mit einer Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 5;

Fig. 7b einen Graph, der schematisch eine mögliche Steuerlogik für die Einstellung der Spotgröße gemäß Fig. 7a zeigt.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Gleichartige Elemente sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Beleuchtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit der auf einer Beleuchtungsfläche B ein Lichtspot mit einstellbarer Spotgröße erzeugbar ist. Die Beleuchtungsanordnung weist drei Leuchtmittel 1, 2, 3 auf. Die Leuchtmittel 1, 2, 3 sind unabhängig voneinander mittels einer Steuereinheit 40 derart ansteuerbar, dass sie unabhängig voneinander mit einstellbarer Helligkeit bzw. Lichtintensität betreibbar sind.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist jedem Leuchtmittel 1, 2, 3 eine Primäroptik 11, 12, 13 zugeordnet, die jeweils an dem zugehörigen Leuchtmittel 1, 2, 3 angeordnet ist. Die Primäroptiken 11, 12, 13 modifizieren die Lichtverteilung des von dem Leuchtmitteln 1, 2, 3 abgestrahlten Lichts. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Primäroptiken 11, 12, 13 durch Linsen mit unterschiedlicher Brennweite gebildet, die das von den Leuchtmitteln 1, 2, 3 abgestrahlte Licht unterschiedlich stark kollimieren.

Dadurch ergibt sich für das erste Leuchtmittel 1 eine im Wesentlichen kegelförmige Abstrahlcharakteristik mit einem Abstrahlwinkel ai. Entsprechend ist mit dem zweiten Leuchtmittel 2 eine Lichtverteilung realisierbar, die einen Abstrahlwinkel 02 aufweist, der größer als ai ist. Das von dem dritten Leuchtmittel 3 abgestrahlte Licht ist am wenigsten kollimiert und weist eine kegelförmige Lichtverteilung mit einem Abstrahlwinkel as auf, der größer als ai und a.2 ist.

Da die Leuchtmittel 1, 2, 3 alle in Wesentlichen im gleichen Abstand von der Beleuchtungsfläche B angeordnet sind, sind aufgrund der unterschiedlichen Abstrahlwinkel ai, 02, 03 mit den Leuchtmitteln 1, 2, 3 jeweils Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 unterschiedlicher Größe auf der Beleuchtungsfläche B erzeugbar. Die mit den Leuchtmitteln 1, 2, 3 erzeugbaren Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 sind in Fig.

1 auf der Beleuchtungsfläche B schematisch als Kreisflächen dargestellt, deren Durchmesser sich voneinander unterscheiden. Die Primäroptiken 11, 12, 13 sind derart angeordnet, dass die mit den Leuchtmitteln 1, 2, 3 erzeugbaren Einzel- Lichtspots Si, S2, S3 im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind.

Die Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 sind nicht scharf begrenzt, wie dies in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Vielmehr können die Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 an den Rändern einen diffusen Helligkeitsverlauf aufweisen, bei dem die Helligkeit auf der Beleuchtungsfläche B von innen nach außen abnimmt. Die in Fig. 1 dargestellte Begrenzung der Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 ist in diesem Fall als ein Bereich zu verstehen, innerhalb dessen die Helligkeit oder Leuchtstärke der jeweiligen Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 einen vorgegebenen Bruchteil der maximalen Spot-Helligkeit oder -Leuchtstärke übersteigt.

Um eine möglichst stufenlose Einstellung der Größe des Lichtspots zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 eine diffuse Helligkeitsverteilung an den Rändern aufweisen. Dazu können an der Beleuchtungsanordnung Diffusor-Elemente vorgesehen werden, die die von den Leuchtmitteln 1, 2, 3 erzeugte und mittels der Primäroptiken 11, 12, 13 modifizierte Lichtverteilung streuen. Fig. 2a zeigt eine Detailansicht einer Beleuchtungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein Diffusor-Element 20 aufweist, das zwischen den Primäroptiken 11, 12, 13 und der (nicht gezeigten) Beleuchtungsfläche B angeordnet ist. In Fig. 2a weisen die Leuchtmittel 1, 2, 3 LED-Cluster auf, die jeweils auf einer Platine angeordnet sind. Die Leuchtmittel 1, 2, 3 sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 50 angeordnet. Wie in Fig. 2a zu erkennen ist, ist jedem Leuchtmittel 1, 2, 3 eine Primäroptik 11, 12, 13 in Form einer Linse mit unterschiedlicher Brennweite zugeordnet, so dass die Abstrahlcharakteristiken der einzelnen Leuchtmittel 1, 2, 3 unterschiedliche Abstrahlwinkel ai, 012, as aufweisen, wie in Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde.

Durch das Diffusor-Element 20 (das beispielsweise durch eine Streuscheibe gebildet sein kann), werden die von den Leuchtmitteln 1, 2, 3 abgestrahlten Lichtmuster gestreut, um auf der Beleuchtungsfläche B Einzel -Lichtspots Si, S2, S3 mit einem diffusen Helligkeitsverlauf in den Randbereichen erzeugen zu können. Um eine konzentrische Anordnung der Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 auf der Beleuchtungsfläche B erzeugen zu können, sind die Primäroptiken 11, 12, 13 entsprechend ausgerichtet, wie in Fig. 2a schematisch dargestellt ist.

Fig. 2b zeigt eine alternative Ausführung der in Fig. 2a gezeigten Beleuchtungsanordnung, bei der jedem Leuchtmittel 1, 2, 3 ein separates Diffusor-Element 21, 22, 23 zugeordnet ist.

Die Leuchtmittel 1, 2, 3 sind in den in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispielen nebeneinander auf einer gemeinsamen Trägerplatte 50 angeordnet. Fig. 3a und 3b zeigen zwei mögliche Varianten, mit denen eine derartige Anordnung der Leuchtmittel realisierbar ist.

Fig. 3a zeigt eine Trägerplatte 50, die vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. Auf der Trägerplatte 50 sind drei Lichtquellen 1, 2, 3 angeordnet. Jede Lichtquelle 1, 2, 3 weist einen LED-Cluster auf, der auf einer Platine angeordnet ist. In Fig. 3b ist eine Trägerplatte 50 gezeigt, die als Platine ausgebildet ist. Auf der Trägerplatte 50 sind drei Gruppen von LEDs angeordnet, die jeweils ein Leuchtmittel 1, 2, 3 bilden.

Vorzugsweise weist die Beleuchtungsanordnung gemäß den obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein (nicht gezeigtes) Gehäuse auf, in dem die Leuchtmittel 1, 2, 3 und Primäroptiken 11, 21, 31 sowie ggf. die Diffusor- Elemente 20, 21, 22, 23 untergebracht sind.

Fig. 4a illustriert schematisch die Einzel-Lichtspots Si, S2, S3, die mit der Beleuchtungsanordnung gemäß der obenstehenden Beschreibung auf der Beleuchtungsfläche B erzeugbar sind. In dem oberen Teil von Fig. 4a ist die Beleuchtungsfläche B mit den Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 gezeigt. Die Helligkeitsverteilung, die die Einzel-Lichtspots entlang der mit x bezeichneten Linie aufweisen, ist in dem darunter abgebildeten Diagramm dargestellt (die gewählte Einheit L stellt die Helligkeit der Spots auf der Beleuchtungsfläche B in einer dimensionslosen Einheit dar, wobei alle Helligkeitsverläufe auf denselben Maximalwert normiert sind). Es ist zu erkennen, dass alle Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 an den Rändern einen diffusen Helligkeitsverlauf aufweisen, in dem die Helligkeit nach außen graduell abnimmt. Zur Definition der Spotgröße kann ein vorgegebener Bruchteil der maximalen Spot-Helligkeit definiert werden, der in Fig. 4a mit Lo bezeichnet ist. Der Durchmesser des Bereichs, in dem die Einzel- Lichtspots eine Helligkeit oberhalb von Lo aufweisen, kann als Maß für die Spotgröße definiert werden.

Durch eine Ansteuerung der einzelnen Leuchtmittel 1, 2, 3 können die Einzel- Lichtspots Si, S2, S3 auf der Beleuchtungsfläche B zu einem Lichtspot mit einstellbarer Größe überlagert werden. Wird beispielsweise nur das erste Leuchtmittel 1 angesteuert, ergibt sich auf der Beleuchtungsfläche ein Lichtspot, dessen Größe dem Einzel-Lichtspot Si entspricht. Wird dieser Einzel-Lichtspot Si mit dem mit dem zweiten Leuchtmittel 2 erzeugbaren Einzel -Lichtspot S2 überlagert, wächst die Größe des Lichtspots mit steigender Abstrahlintensität des zweiten Leuchtmittels 2 auf die Größe des Einzel-Lichtspots S2 an. Um die Größe des Lichtspots weiter zu erhöhen, kann das dritte Leuchtmittel 3 angesteuert werden und die Größe des Lichtspots bis auf die Größe des dritten Einzel- Lichtspots S3 erhöht werden.

Dies ist schematisch in dem in Fig. 4b gezeigten Graphen dargestellt. Die X-Achse stellt die einstellbare Größe des Lichtspots dar, auf der Y-Achse sind die Intensitäten h, h, I3 der Leuchtmittel 1, 2, 3 dargestellt, bei denen die Steuereinheit 40 die Leuchtmittel 1, 2, 3 ansteuern kann, um die gewünschte Größe des Lichtspots einzustellen. Wird das erste Leuchtmittel 1 mit maximaler Intensität Ii angesteuert, ergibt sich auf der Beleuchtungsfläche ein Lichtspot mit der Größe Si. Um die Größe des Lichtspots kontinuierlich erhöhen zu können, wird die Intensität h der zweiten Lichtquelle graduell erhöht. Soll eine annähernd gleichbleibende Helligkeit des Lichtspots bei zunehmender Größe beibehalten werden, kann bei Erhöhung der Intensität h des zweiten Leuchtmittels 2, wie in Fig. 4b gezeigt, die Intensität I i reduziert werden. Dadurch werden der erste Einzel-Lichtspot Si und der zweite Einzel-Lichtspot S2 ineinander übergeblendet, während die Größe des Lichtspots, der sich aus der Überlagerung der Einzel-Lichtspots ergibt, kontinuierlich ansteigt. Zur Erhöhung der Größe des Lichtspots über die Größe S2 hinaus können die zweite Lichtquelle 2 und die dritte Lichtquelle 3 entsprechend ineinander übergeblendet werden.

Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung nicht auf eine derartige Anordnung der Leuchtmittel 1, 2, 3 beschränkt ist. Zum einen muss die relative Anordnung der Leuchtmittel 1, 2, 3 zueinander nicht linear sein. Die Leuchtmittel 1, 2, 3 können beispielsweise auch auf einem gedachten Kreis angeordnet sein. Ferner ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung nicht auf die Verwendung von drei Leuchtmitteln 1, 2, 3 beschränkt. Es können ebenso zwei Leuchtmittel oder mehr als drei Leuchtmittel verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine Beleuchtungsanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in den obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Beleuchtungsanordnung eine Steuereinheit 40 auf, die dazu ausgebildet ist, die Leuchtmittel 1, 2, 3 getrennt voneinander anzusteuern, um auf der Beleuchtungsfläche B Einzel-Lichtspots mit unterschiedlichem Durchmesser erzeugen zu können. Die mit den Leuchtmitteln 1, 2, 3 jeweils erzeugbaren Lichtmuster sind mit verschieden gestrichelten Linien dargestellt, ebenso wie die jeweils erzeugbaren Einzel-Lichtspots Si, S2, S3 auf der Beleuchtungsfläche.

Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Beleuchtungsanordnung in Fig. 4 nur eine Primäroptik 10 auf, die von allen Leuchtmitteln 1, 2, 3 gemeinsam genutzt wird. Die Leuchtmittel 1, 2, 3 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 derart ausgebildet, dass das erste Leuchtmittel 1 von dem zweiten und dritten Leuchtmittel 2 und 3 umgeben wird, wie in Fig. 5a und 5b genauer dargestellt ist.

Fig. 6a zeigt schematisch eine Leuchtmittelanordnung zur Verwendung in der Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 4. Die Leuchtmittelanordnung weist drei Leuchtmittel 1, 2, 3 auf, die auf einer Trägerplatte 50 angeordnet sind und die eine im Wesentlichen konzentrische Anordnung aufweisen. Das erste Leuchtmittel 1 ist in einem zentralen Bereich der Leuchtmittelanordnung angeordnet. Das zweite Leuchtmittel 2 ist so ausgebildet, dass es das erste Leuchtmittel 2 umgibt. Das dritte Leuchtmittel 3 umgibt das zweite Leuchtmittel 3. Zur Realisierung einer derartigen Leuchtmittelanordnung können die einzelnen Leuchtmittel 1, 2, 3 beispielsweise durch OLEDs gebildet werden.

Fig. 6b zeigt schematisch eine weitere Leuchtmittelanordnung zur Verwendung in der Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 4. Die Leuchtmittelanordnung weist eine LED-Matrix bzw. einen LED-Cluster auf, die/der auf einer Trägerplatte 50 angeordnet ist. Die Leuchtmittel 1, 2, 3 werden durch verschiedene Gruppen von LEDs gebildet. Das erste Leuchtmittel 1 wird in Fig. 1 durch LEDs gebildet, die in einem mittleren Bereich der LED-Matrix angeordnet sind und mit einer ersten Schraffur dargestellt sind. Das zweite Leuchtmittel 2 wird durch eine Gruppe von LEDs gebildet, die an die LEDs des ersten Leuchtmittels 1 angrenzen und diese umgeben. Das dritte Leuchtmittel 3 umfasst LEDs, die das zweite Leuchtmittel 2 umgeben, und die mit einer zweiten Schraffur dargestellt sind. Die LEDs sind derart konfiguriert, dass die Gruppen von LEDs, die die unterschiedlichen Leuchtmittel 1, 2, 3 bilden, getrennt voneinander ansteuerbar sind.

Wie in Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 2a beschrieben, kann auch bei der Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 5 bis 6b ein Diffusorelement 20 vor der Primäroptik 10 angeordnet werden, um die auf der Beleuchtungsfläche B erzeugbaren Einzel-Lichtspots besser ineinander übergehen zu lassen.

Die Helligkeitsverteilung der Einzel-Lichtspots Si, S2, S3, die mit einer Beleuchtungsanordnung gemäß Fig. 5 bis 6b erzeugbar ist, ist in Fig. 7a schematisch dargestellt. Wie in Fig. 4a ist im oberen Teil von Fig. 7a die Beleuchtungsfläche B mit den darauf erzeugbaren Einzel -Lichtspots Si, S2, S3 gezeigt, deren Helligkeitsverteilung entlang der mit x bezeichneten Linie in dem darunter abgebildeten Diagramm dargestellt ist. Im Unterschied zu Fig. 4a ergeben sich aufgrund der konzentrischen Anordnung der Leuchtmittel 1, 2, 3 für alle Einzel-Lichtspots außer dem innenliegenden Einzel-Lichtspot Si im Wesentlichen ringförmige Helligkeitsverläufe auf der Beleuchtungsfläche B, bei denen ein mittiger Bereich der Einzel-Lichtspots eine geringere Helligkeit aufweist. An den Rändern der Einzel-Lichtspots überlappten die einstellbaren Helligkeitsverteilungen der Einzel-Lichtspots, so dass durch eine geeignete Ansteuerung der Leuchtmittel 1, 2, 3 wiederum eine nahezu stufenlose Einstellung der Größe des Lichtspots durch Überlagerung der Einzel -Lichtspots ermöglicht wird.

Die entsprechende Ansteuerung der Leuchtmittel 1, 2, 3 zur Einstellung der Größe des Lichtspots ist in Fig. 7b schematisch dargestellt. Wie in Fig. 7a gezeigt, weisen die Helligkeitsverteilungen der Einzel-Lichtspots (bis auf den mit dem ersten Leuchtmittel 1 erzeugbaren Einzel-Lichtspot Si) in einem mittigen Bereich ein Minimum auf. Daher ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei der Einstellung von Lichtspots zunehmender Größe die Intensität der Leuchtmittel mit kleinerem Einzel-Lichtspot nicht zu verringern. Vielmehr werden zur Einstellung von Lichtspots mit zunehmender Größe weiter außenliegende Leuchtmittel von der Steuereinheit 40 nacheinander hinzugeschaltet und deren Intensität graduell erhöht, um die Größe des Lichtspots kontinuierlich weiter erhöhen zu können.

Claims

ANSPRÜCHE Beleuchtungsanordnung zur Erzeugung eines Lichtspots auf einer Beleuchtungsfläche (B) mit einstellbarer, vorzugsweise stufenlos einstellbarer, Spotgröße, aufweisend:

• eine Vielzahl von helligkeitssteuerbaren bzw. dimmbaren Leuchtmitteln (1, 2, 3);

• mindestens eine Primäroptik (10; 11, 12, 13);

• eine Steuereinheit (40), die dazu ausgebildet ist, die Leuchtmittel (1, 2, 3) unabhängig voneinander anzusteuern; wobei die Leuchtmittel (1, 2, 3) und die mindestens eine Primäroptik (10;

11, 12, 13) derart angeordnet sind, dass auf der Beleuchtungsfläche (B) im Wesentlichen konzentrische Einzel-Lichtspots (Si, S2, S3) unterschiedlicher Größe erzeugbar sind, und wobei die Steuereinheit (40) dazu ausgebildet ist, die Leuchtmittel (1, 2, 3) derart anzusteuern, dass die erzeugten Einzel -Lichtspots (Si, S2, S3) auf der Beleuchtungsfläche (B) zu einem Lichtspot mit einstellbarer Spotgröße überlagerbar sind. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, aufweisend eine Vielzahl von Primäroptiken (11, 12, 13), wobei jedem Leuchtmittel (1, 2, 3) mindestens eine, vorzugsweise genau eine, Primäroptik (11, 12, 13) zugeordnet ist, die jeweils derart ausgebildet und angeordnet sind, dass mit jedem Leuchtmittel (1, 2, 3) einer der Einzel-Lichtspots auf der Beleuchtungsfläche (B) erzeugbar ist. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, aufweisend eine gemeinsame Primäroptik (10) für die Leuchtmittel (1, 2, 3), wobei die Leuchtmittel (1, 2, 3) und die Primäroptik (10) derart angeordnet sind, dass mit jedem Leuchtmittel (1, 2, 3) einer der Einzel-Lichtspots (Si, S2, S3) auf der Beleuchtungsfläche (B) unter Verwendung der Primäroptik (10) erzeugbar ist. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Leuchtmittel (1, 2, 3) im Wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Leuchtmittel (1, 2, 3) ein erstes Leuchtmittel (1) aufweisen, das einen ersten geschlossenen, vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmigen, Bereich einnimmt, sowie zweite Leuchtmittel (2, 3), die das erste Leuchtmittel (1), vorzugsweise ringförmig, umgeben. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens ein Diffusor-Element (20; 21, 22, 23), das vorzugsweise zwischen der mindestens einen Primäroptik (10; 11, 12, 13) und der Beleuchtungsfläche (B) angeordnet ist. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtmittel (1, 2, 3) durch LEDs, vorzugsweise LED-Matrizen und/oder LED-Cluster, vorzugsweise mit warmweißer und/oder kaltweißer Farbtemperatur, gebildet sind. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Primäroptik (10; 11, 12, 13) mindestens eine Linse und/oder mindestens einen Reflektor und/oder mindestens eine Freiformoptik aufweist. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtmittel (1, 2, 3) auf einem gemeinsamen Trägerelement (50) angeordnet sind. Beleuchtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens ein Gehäuse, vorzugsweise schwenkbares Gehäuse, in dem mindestens eines der Leuchtmittel (1, 2, 3) oder alle Leuchtmittel (1, 2, 3) aufgenommen ist/sind. Verfahren zum Einstellen, vorzugsweise stufenlosen Einstellen, einer Spotgröße eines Lichtspots auf einer Beleuchtungsfläche (B), vorzugsweise unter Verwendung einer Beleuchtungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Schritte aufweisend:

• Bereitstellen und Anordnen einer Vielzahl von Leuchtmitteln (1, 2, 3) und mindestens einer Primäroptik (10; 11, 12, 13) zur Erzeugung im 19

Wesentlichen konzentrischer Einzel-Lichtspots (Si, S2, S3) unterschiedlicher Größe auf der Beleuchtungsfläche (B);

• Ansteuern und Dimmen der Leuchtmittel (1, 2, 3) zur Erzeugung eines überlagerten Lichtspots mit eingestellter Spotgröße.