NL2004732C2 - Led-module en verlichtingsarmatuur voor sportveldverlichting. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Led-module en verlichtingsarmatuur voor sportveldverlichting

Beschrijving 5 De uitvinding heeft betrekking op een led-module die een licht emitterende diode en een transparante rotatie-symmetrische collimator bevat, waarbij de led zich bevindt nabij de ingang van een verdieping in de wand van de collimator ter plaatse van de rotatie-as van de collimator, waarbij in het uiteinde van de wand van de verdieping een refractielens aanwezig is, welke collimator voorts een tweede 10 oppervlak bevat waaruit het van de led afkomstige licht uittreedt. De uitvinding heeft voorts betrekking op een verlichtingsarmatuur voor het verlichten van sportvelden dat is voorzien van dergelijke led-modules.

Aan de verlichting van sportvelden en sporthallen, in het bijzonder voor het verlichten van hockeyvelden en tennisbanen worden hoge eisen gesteld. De 15 lichtbronnen die aanwezig zijn in op het veld gerichte schijnwerpers en de daarbij aanwezige optieken moeten zodanig zijn uitgerust, dat op het sportveld een voldoend hoge verlichtingssterkte wordt verkregen, waarbij de lichtverdeling over het gehele oppervlak van het sportveld homogeen moet zijn.

Daarnaast moet de lichthinder voor de omgeving door strooilicht tot een minimum 20 worden beperkt.

Toepassing van leds als lichtbron bij verlichting van sportvelden heeft grote voordelen. Met leds kan in vergelijking met traditionele lichtbronnen zoals hogedrukontladingslampen een flinke energiebesparing worden bereikt. Led-modules zijn daarbij bijvoorbeeld in relatief grote aantallen naast en onder elkaar aanwezig in 25 een huis van een verlichtingsarmatuur, dat is bevestigd op een relatief hoge positie ten opzichte van het sportveld.

Het is met led-sportveldverlichting mogelijk om de gebruiker direct de gewenste hoeveelheid licht in te laten stellen. Er is geen opwarmtijd nodig zoals bij toepassing van de bovengenoemde hogedrukontladingslampen. Ook is het mogelijk om de leds 30 te dimmen, bijvoorbeeld tijdens trainingsuren. Voorts kan een deel van de verlichting op eenvoudige wijze worden uitgeschakeld als delen van een sportveld tijdelijk niet worden gebruikt. Aldus kan een forse energiebesparing worden gerealiseerd. Het aan- en uitschakelen van de leds heeft geen invloed op de (lange) levensduur van 2 leds.

Bij een led-module is van groot belang dat de led en de collimator zodanig ten opzichte van elkaar zijn gepositioneerd, dat een groot deel van het van de led afkomstige licht door reflectie en refractie wordt omgezet in een lichtbundel die 5 de collimator via het uittreeoppervlak verlaat. Bij de bekende led-modules, waarbij het uittreeoppervlak van de collimator vlak is, verlaten de lichtstralen de collimator in een richting loodrecht op het genoemde oppervlak, evenwijdig aan de rotatie-as van de collimator, zoals is beschreven in JP 61-147.585.

Voor bepaalde toepassingen voor algemene verlichtingsdoeleinden 10 is het wenselijk dat de lichtstralen de collimator onder een bepaalde hoek ten opzichte van de symmetrie-as verlaten. Zo wordt in WO 02/052626 een led-module beschreven, waarbij het lichtuittreeoppervlak van de collimator is voorzien van een zaagtandstructuur om de deflectiehoek van de stralenbundel te vergroten.

De bekende led-module is compact en relatief eenvoudig in grote aantallen te 15 vervaardigen. De transparante collimator heeft zodanig brekend vermogen dat een groot deel van het door de led opgewekte licht via refractie en reflectie de collimator in voornamelijk één bepaalde richting verlaat.

De collimator van de bekende led-module heeft de vorm van een schaal. Daaronder wordt hier verstaan een transparant kunststof of glazen lichaam waarvan het 20 buitenoppervlak aan de lichtuittreezijde vlak is en waarbij het oppervlak van de zijkanten van de collimator bijvoorbeeld de vorm heeft van een paraboloïde.

Met behulp van een verlichtingsarmatuur voorzien van bekende led-modules wordt een lichtbundel verkregen die in dwarsdoorsnede in hoofdzaak cirkelvormig is. Bij toepassing van zulke modules in schijnwerpers voor de verlichting 25 van sportvelden is een dergelijke lichtbundel minder gunstig. Uit experimenten is gebleken, dat de verlichtingssterkteverdeling op een daarmee verlicht sportveld niet voldoende homogeen is om te voldoen aan de hoge eisen die met name bij sportvelden worden gesteld, waarbij een relatief kleine, maar zich met hoge snelheid voortbewegende bal wordt gebruikt, zoals bij tennis en hockey, 30 Voorts is gebleken, dat bij toepassing van de bekende led-modules in schijnwerpers in onvoldoende mate wordt voorzien in reductie van strooilicht, waardoor de omgeving van het sportveld onnodig wordt verlicht.

Het doel van de uitvinding is om een led-module met een hoge 3 lichtintensiteit te verschaffen waarbij de verlichtingssterkte van het te verlichten sportveld met behulp van schijnwerpers voorzien van dergelijke led-modules zeer homogeen is en ongewenst strooilicht wordt beperkt.

Een led-module van de in de openingsalinea genoemde soort heeft 5 daartoe volgens de uitvinding het kenmerk, dat de zijwand van de verdieping in de collimator althans twee ten opzichte van de rotatie-as van de collimator symmetrisch tegenover elkaar gelegen cirkelcilindrische wanddelen bevat en althans twee conusvormig in de richting van de refractielens aan het uiteinde van de verdieping toelopende wanddelen, die ten opzichte van de rotatie-as eveneens symmetrisch 10 tegenover elkaar zijn gelegen, waarbij de cirkelcilindrische wanddelen en de conusvormige wanddelen vloeiend in elkaar overgaan.

Met behulp van de led-module volgens de uitvinding wordt een lichtbundel met een zodanige verdeling van de intensiteit van het uitgezonden licht verkregen, dat tijdens bedrijf een homogene verlichtingssterkteverdeling op het 15 oppervlak van het sportveld wordt bereikt.

De van de led afkomstige lichtstralen die vallen op het cilindrische deel van de wand van de verdieping verlaten de collimator in een richting vrijwel evenwijdig aan de rotatie-as van de collimator.

De van de led afkomstige lichtstralen die vallen op de conusvormige 20 wanddelen van de verdieping, worden zodanig gebroken en gereflecteerd, dat ze de collimator verlaten onder een hoek ten opzichte van de rotatie-as, waarbij een lichtbundel ontstaat met een lichtintensiteitsverdeling, die een verbreding in zijwaartse richting heeft gekregen, waarbij de lichtintensiteit in het centrale gedeelte van de bundel lager is dan in de zijwaarts gerichte gedeelten. De 25 lichtintensiteitsverdeling heeft daarbij de vorm van een vlinder (batwing). Door de aanwezigheid van de cilindrische wanddelen wordt juist in het centrale deel een hoge lichtintensiteit verkregen. Door het feit dat de genoemde cilindrische en conisch toelopende wanddelen vloeiend in elkaar overgaan wordt een lichtbundel verkregen die na defractie en reflectie uit de collimator treedt met een intensiteitsverdeling die 30 optimaal is voor een homogene verlichtingssterkte op een rechthoekig verlicht oppervlak van een sportveld. Dit is met name bij verlichting van tennis- en hockeyvelden wenselijk.

Bij plaatsing in een huis van een als schijnwerper uitgevoerd 4 verlichtingsarmatuur van een groot aantal van dergelijke led-modules in een vlak in rijen onder elkaar, zoals in de vorm van een matrix, zijn de conisch toelopende wanddelen van alle led-modules zodanig ten opzichte van elkaar gericht dat op een volledig sportveld een homogene verdeling van de verlichtingssterkte ontstaat.

5 Daarbij is een opmerkelijke reductie van het voor de omgeving hinderlijke strooilicht realiseerbaar in vergelijking met armaturen waarin de bekende led-modules zijn aangebracht. Bij een led-module volgens de uitvinding zijn geen speciale maatregelen op het uittreeoppervlak van de collimator noodzakelijk om de richting van de lichtstralen en de lichtintensiteit van het uitredende licht te beïnvloeden.

10 In de verdieping van de collimator van de led-module gaan de cirkelcilindrische en de conisch toelopende wanddelen vloeiend in elkaar over. Er ontstaat daarbij in dwarsdoorsnede ter plaatse van de verdieping loodrecht op de rotatie-as van de collimator althans een ten dele ellipsvormige figuur, waarvan de lange as wordt bepaald door de afstand tussen de twee tegenover elkaar gelegen 15 cilindrische delen en de korte as door de twee tegenover elkaar gelegen conusvormige wanddelen. Daarbij is een dwarsdoorsnede in een vlak bij de wand van de verdieping van de collimator die is gelegen nabij de ingang waar zich de led bevindt grotendeels ellipsvormig. In een voorkeursuitvoeringsvorm is de korte as van de ellips constant en is de lange as kleiner naarmate de dwarsdoorsnede zich dichter 20 bij de refractieve lens aan het uiteinde van de verdieping bevindt. Naarmate de afstand van genoemde dwarsdoorsnede tot de led-lichtbron groter wordt, zal de lange as van de genoemde ellips dus kleiner worden, terwijl de lange-as van de ellips hetzelfde blijft. Bij de refractielens is de dwarsdoorsnede een cirkel.

Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat een zeer egaal verlicht oppervlak op 25 een sportveld wordt verkregen met een duidelijke begrenzing in verlichtingssterkte naar minder helder verlichte delen buiten het te verlichten oppervlak.

In een praktische voorkeursuitvoeringsvorm van de led-module volgens de uitvinding is de verhouding van de lange-as tot de korte as gelegen tussen 2 in een vlak van een dwarsdoorsnede gelegen nabij de led en 1 in een vlak gelegen nabij de 30 refractielens.

In een praktische uitvoeringsvorm is de hoek van de conusvormige wanddelen ten opzichte van de rotatie-as van de collimator gelegen tussen 10 en 30°. Gebleken is, dat bij een deze uitvoeringsvorm een optimale intensiteitsverdeling 5 wordt verkregen van het uittredende licht.

Een led-module volgens de uitvinding wordt bij voorkeur toegepast in een verlichtingsarmatuur voor het verlichten van sportvelden. Een dergelijk armatuur bevat een dunwandig huis met een lichtuitreeopening, waarbij zich in het huis in een 5 rij geplaatste led-modules volgens de uitvinding aanwezig zijn, waarbij de conisch verlopende wanddelen van naburige led-modules steeds op dezelfde wijze tegenover elkaar zijn gelegen ten opzichte van de respectievelijke assen van symmetrie van de collimators.

De lichtstralen afkomstig van de leds worden dan in elke collimator 10 zodanig gebroken en gereflecteerd, waarbij een zeer homogene verdeling van de verlichtingssterkte op een cirkelvormig verlicht deel van het sportveld wordt verkregen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een tekening. Daarin toont: 15 Fig. 1 schematisch een langsdoorsnede in een uitvoeringsvorm van de led-module volgens de uitvinding;

Fig. 2 een dwarsdoorsnede van de led-module over de lijn ll-ll volgens figuur 1;

Fig. 3 eveneens schematisch een onderaanzicht van een 20 uitvoeringsvorm van een verlichtingsarmatuur voor het verlichten van een sportveld waarin een groot aantal led-modules volgens figuur 1 zijn opgenomen en tonen

Fig. 4A en fig. 4B schematisch de vorm van een lichtbundel gericht op een sportveld met een op een lichtmast geplaatst verlichtingsarmatuur voorzien van led-modules volgens de uitvinding.

25 De led-module volgens figuur 1 bevat een licht emitterende diode die op de gebruikelijke wijze is opgenomen in een led package 1 met een koepelvormige lens 1a, welke led zich bevindt op de rotatie-as 2 in het brandpunt van een transparante kunststof collimator 3 met een als paraboloïde gevormd buitenoppervlak 3a.

30 De led 1 bevindt zich nabij de ingang van een verdieping 4 in de wand van de collimator ter plaatse van zijn rotatie-as 2.

De wand aan het uiteinde van de verdieping 4 heeft een toroïde-vormig oppervlak en functioneert als een refractielens 5. De collimator 2 bevat voorts 6 een tweede vlak oppervlak 6 waaruit het van de led afkomstige licht uittreedt. In de uitvoeringsvorm zoals getoond in de tekening is dit tweede oppervlak vlak. In een alternatieve uitvoeringsvorm is dit oppervlak komvormig. Intensiteitsverliezen door breking aan het oppervlak bij het uittreden van de lichtstralen (zoals 7b en 7d) 5 worden dan sterk gereduceerd.

De opstaande wand van de verdieping 4 in de collimator 3 bevat twee symmetrisch ten opzichte van de rotatie-as 2 tegenover elkaar gelegen cirkelcilindrische wanddelen die vloeiend overgaan in twee eveneens symmetrisch ten opzichte van de rotatie-as gelegen in de richting van het uiteinde 5 van de 10 verdieping 4 conisch toelopende wanddelen (zie figuur 2). In figuur 1 zijn in de langsdoorsnede de conusvormige wanddelen getoond. Deze hoek is afhankelijk van de afmetingen van het te verlichten sportveld en is bij voorkeur gelegen tussen 10° en 30°.

De vorm van de verdieping 4 in de collimator 3 is zodanig, dat licht 15 dat afkomstig is van led 1 de collimator 3 als een lichtbundel verlaat, waarin de intensiteitsverdeling in een eerste richting wordt bepaald door de cirkelcilindrische wanddelen en in een tweede richting door de lichtstralen die worden gebroken en gereflecteerd door de conusvormig verlopende wanddelen. De verdeling van de lichtintensiteit in de tweede bundel heeft dan de vorm van een vlinder (batwing). Dit is 20 nader getoond in de figuren 4A en 4B.

Ter illustratie is in figuur 1 de richting voor enkele lichtstralen afkomstig van de led weergegeven. Een eerste lichtstraal 7a afkomstig van led 1 valt op de conusvormige wand 8 van de verdieping. Vervolgens wordt de lichtstraal gebroken en gereflecteerd en de lichtstraal verlaat de collimator in een naar de 25 rotatie-as 2 gebroken richting 7b. Hetzelfde geldt voor lichtstraal 7c, die na breking en reflectie het vlakke lichtuittreeoppervlak van de collimator verlaat (7d). Op deze wijze wordt een bundel met vlindervormige verdeling van lichtintensiteit gerealiseerd.

In figuur 2 zijn de paren cilindrische wanddelen van de verdieping aangegeven met 9a en 9b. Deze cilindrische wanddelen gaan vloeiend over in 30 conusvormig verlopende wanddelen 10a en 10b. Deze zijn als gestippelde lijnen weergegeven.

De dwarsdoorsnede loodrecht op de rotatie-as 2 over de lijn ll-ll is voor een groot deel ellipsvormig, waarbij de korte as 11 constant is en de lange as 12 7 kleiner wordt naarmate de dwarsdoorsnede zich dichter bij de refractieve lens 5 aan het uiteinde van de verdieping bevindt. In het vlak door de refractieve lens is de dwarsdoorsnede een cirkel. In het vlak aan het andere uiteinde (nabij de led) is de dwarsdoorsnede afwijkend van een cirkel en in hoofdzaak ellipsvormig.

5

De led-modules volgens de uitvinding zijn bijzonder geschikt om te worden opgenomen in een kunststof- of metalen huis van een verlichtingsarmatuur voor sportveldverlichting waaraan hoge eisen worden gesteld aan de kwaliteit en verdeling van de lichtintensiteit, de kleurweergave en waarbij vooral een homogene 10 verdeling van de verlichtingssterkte op het te verlichten sportveld moet worden gerealiseerd. Het armatuur dient als schijnwerper van een te verlichten sportveld.

In figuur 3 is in aanzicht de lichtuittreezijde van het dunwandige huis van het armatuur aangeduid met 13.

In het huis zijn de bovenbeschreven led-modules naast elkaar 15 geplaatst in balken 14a, 14b, 14c, etc. De led-modules in de balken zijn aangeduid met 15a, 15b, 15c, etc. Aldus ontstaat een plat vlak van led-modules die als geheel staan opgesteld in een matrix. Het huis 13 is geplaatst op de top van een naast het te verlichten sportveld geplaatste mast 17.

De gestippeld weergegeven conisch toelopende wanddelen van 20 naburige led-modules in alle balken zijn daarbij steeds op dezelfde wijze tegenover elkaar gelegen. In een dwarsdoorsnede gezien lopen de lange assen 18a, 18b, 18c, etc. van de wanddelen in de verdieping 4 van de collimator steeds in dezelfde richting evenwijdig aan de lengteas van een balk.

In een praktische uitvoeringsvorm zijn de uittreeoppervlakken van de 25 collimators van de led modules als een viertal geplaatst op een cirkelvormig kunststof plaatje. De hoogte van de collimators is circa 5 mm en de diameter van het genoemde plaatje is circa 10 mm. De cirkelvormige plaatjes zijn dan naast elkaar in de balk bevestigd.

In fig. 4A is een zijaanzicht van een sportveld 18 weergegeven. De 30 lichtmast 17 is voorzien van het huis 13 met led-modules zoals beschreven in figuur 3. Vanaf een eerste serie balken met led-modules in het huis wordt een lichtbundel 20 met een hoek a van 10-30° op het sportveld gericht en verlicht aldaar een oppervlak 19. De lichtbundel heeft een intensiteitsverdeling die voornamelijk door de 8 cilindrische wanddelen van de verdieping in de collimator wordt gegenereerd. Deze intensiteitsverdeling is aangeduid met 21. Een tweede serie balken met led-modules is gericht op een direct naast het deel 19 gelegen oppervlak 19a van het sportveld.

In figuur 4B is het sportveld getoond gezien van de bovenzijde. Het te verlichten 5 oppervlak 19 van het sportveld is door de specifieke breking en reflectie van de lichtstralen op de conusvormige respectievelijk cilindrische wanddelen cirkelvormig en het heeft een homogene verdeling van de verlichtingssterkte. Bij toepassing van bekende lichtbronnen ontstaat op het sportveld een ovaalvormig verlicht deel, met een relatief inhomogene verlichtingssterkteverdeling. De lichtbundel die de collimator 10 verlaat heeft een verbreding in zijwaartse richting gekregen waarbij de lichtintensiteit in het centrale gedeelte van de bundel wat lager is dan in de zijwaarts gerichte gedeelten. Dit is in figuur 4B zichtbaar met de vlindervormige (batwing) gedaante 22. De hoek R> is circa 25°.

15

Claims (7)

1. Led-module die een licht emitterende diode en een transparante 5 rotatie-symmetrische collimator bevat, waarbij de led zich bevindt nabij de ingang van een verdieping in de wand van de collimator ter plaatse van de rotatie-as van de collimator, waarbij in het uiteinde van de wand van de verdieping een refractielens aanwezig is, welke collimator voorts een tweede oppervlak bevat waaruit het van de led afkomstige licht uittreedt, met het kenmerk, dat de zijwand van de verdieping in 10 de collimator althans twee ten opzichte van de rotatie-as van de collimator symmetrisch tegenover elkaar gelegen cirkelcilindrische wanddelen bevat en althans twee conusvormig in de richting van de refractielens aan het uiteinde van de verdieping toelopende wanddelen, die ten opzichte van de rotatie-as eveneens symmetrisch tegenover elkaar zijn gelegen, waarbij de cirkelcilindrische wanddelen 15 en de conusvormige wanddelen vloeiend in elkaar overgaan.

2. Led-module volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verdieping in een dwarsdoorsnede loodrecht op de rotatie-as althans ten dele ellipsvormig is, waarbij de lange-as constant is en de korte as kleiner wordt naarmate de dwarsdoorsnede zich dichter bij de refractielens aan het uiteinde van de verdieping 20 bevindt.

3. Led-module volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de verhouding van de lange-as tot de korte as gelegen tussen 2 in een vlak van een dwarsdoorsnede gelegen nabij de led en 1 in een vlak gelegen bij de refractielens.

4. Led-module volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de 25 hoek van de conusvormige wanddelen ten opzichte van de rotatie-as is gelegen tussen 10° en 30°

5. Led-module volgens conclusie 1,2, 3 of 4, met het kenmerk, dat het tweede oppervlak van de collimator waaruit het van de led afkomstige licht uittreedt komvormig is.

6. Verlichtingsarmatuur voor het verlichten van sportvelden met een dunwandig huis met een lichtuittreeopening, waarbij zich in het huis in een matrix geplaatste led-modules volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5 bevinden, met het kenmerk, dat de conisch verlopende wanddelen van naburige led-modules steeds op dezelfde wijze tegenover elkaar zijn gepositioneerd.

7. Verlichtingsarmatuur volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat zich in het huis een groot aantal evenwijdig aan elkaar verlopende en onder elkaar 5 geplaatste balken met led-modules bevinden.