IR-Strahleranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine IR-Strahleranordnung.
Die Versorgung von Räumen mit infrarotem Licht (IR-Licht) beispielsweise zur Übertragung von Informationen ist seit einigen Jahren bekannt. Ein drahtloser Kopfhörer wird beispielsweise auf der Basis von frequenz- oder phasenmodulier- tem IR-Licht (zum Beispiel SI/HDI 406 von Sennheiser) betrieben.
Durch die Verwendung von mehreren Leuchtdioden, welche infrarotes Licht aus¬ senden, wird ein Raum entsprechend ausgeleuchtet. Um einen IR- Lichtempfänger mit einem genügend hohen Signal-Rauschabstand S/N betreiben zu können, muss sich der IR-Lichtempfänger in einem Bereich mit einer ausrei- chenden Leuchtdichte befinden. Um diesen Bereich mit ausreichender Leucht¬ dichte, beispielsweise vor einem Fernsehgerät zu vergrößern, werden mehrere IR-LEDs in dem I R-Sender verwendet. Zur weiteren Verbesserung der Ausleuch¬ tung können die jeweiligen IR-Sender in unterschiedliche Raumwinkel ausgerich¬ tet sein. Bei einem drahtlosen IR-Kopfhörer können beispielsweise bis zu 12 IR-
LEDs in den Sendern verwendet werden, um eine möglichst gleich gute Übertra¬ gung in einem (Wohn-)Raum zu gewährleisten.
Ferner wird IR-Licht zur Informationsübertragung für drahtlose IR-Kopfhörer bei großen Konferenzen verwendet, um unterschiedliche Sprachen sowie deren Ll- bersetzung an die jeweiligen Konferenzteilnehmer zu übermitteln. Dabei können bis zu 32 verschiedene Kanäle vorhanden sein, wie beispielsweise das System 1029 von Sennheiser.
Eines der größten Probleme in einem derartigen Umfeld zur Informationsübertra¬ gung mittels IR-Licht stellt die möglichst gleichmäßige Ausleuchtung eines Konfe- renzraumes oder eines Theatersaales mit infrarotem Licht dar, um ein hohes S/N in den jeweiligen IR-Empfängern zu erhalten und somit eine hohe Übertragungs¬ qualität zu gewährleisten. Typischerweise werden dabei die benötigten IR- Strahler mit mehreren hundert Einzel-IR-LEDs verwendet, welche wiederum in unterschiedliche Raumwinkel ausgerichtet sind, um einen breiten Ausleuchtwin- kel zu gewährleisten. Eine Ausrichtung der jeweiligen Einzel-IR-LEDs in unter¬ schiedliche Raumwinkel ist notwendig, weil die jeweiligen Einzel-IR-LEDs das IR- Licht als Einzelbauelemente gerichtet abstrahlen.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine IR-Strahleranordnung vor¬ zusehen, welche eine gleichmäßige Ausleuchtung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine IR-Strahleranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Somit wird eine IR-Strahleranordnung vorgesehen, welche eine Vielzahl von lichtemittierenden Einheiten mit einem IR-Spektrum aufweist. In dem Strahlen¬ gang der IR-lichtemittierenden Einheiten sind mindestens eine optische Einheit derart angeordnet, dass der Raumwinkel der IR-Strahlung verbreitert wird.
Durch eine Verbreiterung des Raumwinkels der IR-Strahlung kann ein auszu¬ leuchtender Raum gleichmäßiger ausgeleuchtet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die optische Einheit als ein Reflektor ausgestaltet. Durch die Reflektion der IR-Strahlung wird diese IR- Strahlung diffuser und somit gleichmäßiger verteilt. Somit wird die Gefahr für ein direkt in die IR-Strahlung hineinschauendes Auge verringert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind sowohl IR-Licht als auch sichtbares Licht emittierende Einheiten derart vorgesehen, dass deren Strahlengang im Wesentlichen parallel verläuft.
Die Erfindung beruht dabei auf dem Gedanken, einzelne IR-LEDs bzw. eine An¬ zahl von einzelnen IR-LEDs mit einer optischen Einheit zu versehen, welche den Raumwinkel des ausgestrahlten IR-Lichts verbreitert, so dass sich das ausge¬ strahlte Licht gleichmäßiger verteilt. Durch die gleichmäßigere Raumausleuch- tung werden weniger IR-Strahler benötigt. Ferner ist eine gleichmäßige Aus¬ leuchtung ohne Bereiche mit besonders hoher Lichtkonzentration vorteilhaft, da der IR-Empfänger somit nicht in einem extrem hohen Dynamikbereich arbeiten muss. Somit verringern sich die Signalverzerrungen und es werden verbesserte Übertragungseigenschaften erreicht.
Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefüg¬ te Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine IR-Strahleranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbei¬ spiel;
Fig. 2 zeigt eine IR-Strahleranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbei¬ spiel;
Fig. 3 zeigt eine IR-Strahleranordnung gemäß einem dritten Ausführungsbei- spiel;
Fig. 4 zeigte eine Strahleranordnung gemäß einem vierten Ausführungsbei¬ spiel; und
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Fig. 5 zeigt eine Strahleranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbei¬ spiel.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung von Fig. 1 werden ein¬ zelne IR-LEDs IRE bzw. eine Gruppe von einzelnen IR-LEDS oder IR-Laser in einem IR-Strahler mit einer optischen Einheit OE versehen, welche dazu ausges¬ taltet ist, den Raumwinkel der von den einzelnen IR-LEDs IRE erzeugten IR- Strahlung zu verbreitern. Dies lässt sich beispielsweise durch eine einfache Streuscheibe oder durch ein mikrooptisches Linsenarray erreichen. Durch den breiteren Raumwinkel der IR-Strahlung wird die durch den IR-Strahler IRS her- vorgerufene Ausleuchtung gleichmäßiger verteilt.
Wenn beispielsweise ein IR-Strahler IRS in einen vorgegebenen Raum installiert wird, um diesen Raum mit einer IR-Strahlung auszuleuchten, kann die Anzahl der benötigten IR-Strahler reduziert werden, da die IR-Strahler IRS gemäß dem ers¬ ten Ausführungsbeispiel durch die breiteren Raumwinkel der IR-Strahlung derart ausgestaltet sind, dass weniger IR-Strahler IRS benötigt werden, um eine gleichmäßige Raumausleuchtung zu gewährleisten.
Durch die gleichmäßige Raumausleuchtung werden weniger IR-LEDs benötigt.
Durch die gleichmäßigere Ausleuchtung werden ferner Zonen mit besonders ho¬ her Lichtkonzentration im Vergleich zu den restlichen Raumbereichen vermieden, so dass die entsprechenden IR-Empfänger nicht in dem extrem großen Dynamik- Bereich arbeiten müssen. Somit ist der Unterschied zwischen einer für den Emp¬ fang ausreichenden IR-Leuchtdichte und einer sehr hohen Leuchtdichte wie bei¬ spielsweise in unmittelbarer Nähe eines IR-Strahlers verringert, so dass sich ge¬ ringere Signalverzerrungen und somit eine verbesserte Übertragungseigenschaft ergeben.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung von Fig. 2 wird ein IR- Strahler IRS mit einzelnen IR-LEDs oder IR-Laser IRE vorgesehen, wobei die IR- Strahlung über IR-lichtreflektierende Flächen abgestrahlt wird. Somit wird das IR- Licht nicht mehr direkt oder unmittelbar auf einen IR-Empfänger bzw. auf den
Träger eines derartigen Empfängers, sondern indirekt bzw. mittelbar durch die Reflektionen an den IR-lichtreflektierenden Flächen IRF zu dem IR-Empfänger geleitet. Dies erweist sich insbesondere dahingehend als vorteilhaft, als die deut¬ lich gesteigerten Wirkungsgrade der IR-LEDs ein Problem hinsichtlich der Ge- fährdung des Auges darstellen können wenn der Anwender direkt in den IR- Strahler blickt. Die Leuchtdichte der einzelnen IR-LEDs ist dabei so hoch, dass sie in absehbarer Zeit die Sicherheitsklasse für Laser erreichen wird. Während bei LED-Scheinwerfern bzw. Lampen mit sichtbarem Lichtspektrum ein automati¬ scher Schutzreflex gegeben ist, der auch verhindert, dass man direkt in die Son- ne oder in einen Scheinwerfer oder eine Lampe blickt, funktioniert dieser Schutz¬ reflex jedoch nicht mehr bei IR-Licht, so dass eine mögliche Gefährdung des Au¬ ges aufgrund von IR-Licht mit hoher Leuchtdichte vorhanden ist.
Ein Strahler gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen IR-Licht abstrahlenden Scheinwerfer IRS auf. Dabei werden hocheffektive IR- Lichtquellen wie beispielsweise IR-LEDs oder IR-OLEDs sowie IR-Laser verwen¬ det. Der Scheinwerfer bzw. der Strahler strahlt einen IR-Reflektor IRF an, wel¬ cher an der Decke oder an der Wand eines Raumes angeordnet sein kann. Al¬ ternativ dazu kann der Reflektor Bestandteil des Strahlers sein. Das von dem IR- Reflektor zurückgeworfene IR-Licht ist dabei diffus und weist eine geringere Leuchtdichte auf. Es gewährleistet somit eine optimale Ausleuchtung eines Rau¬ mes, ohne dabei die Augen zu gefährden, weil nicht unmittelbar in den IR- Strahler hineingeblickt werden kann. Zum Vermeiden eines direkten Einblickes in den IR-Strahler können geeignete mechanische Vorrichtungen, wie beispielswei¬ se eine Blende, eine Montage in größerer Höhe oder Lichtführungs-/ Abschat- tungselemente, angeordnet werden. Die Verwendung von lichtreflektierenden Flächen bzw. Reflektoren ist ebenfalls dazu geeignet, den Raumwinkel des IR- Lichts bzw. der IR-Strahlung zu verbreitern, wodurch eine gleichmäßige Aus¬ leuchtung erreicht wird.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 wird ein IR-Strahler IRS vorgesehen, welcher mit einem Strahler für sichtbares Licht SLS basierend auf
LED ausgestaltet ist. Alternativ dazu kann der Scheinwerfer auch ohne LEDs
realisiert werden. Wenn die Strahlenachsen des sichtbaren Lichts und des IR- Lichts SG1 , SG parallel verlaufen, wird eine Person in einem Raum mit einem derartigen Strahler automatisch bzw. reflexhaft nicht in das helle sichtbare Licht und somit nicht in das hochkonzentrierte IR-Licht schauen.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung von Fig. 4 wird eine IR- Lichtquelle IRS mit einem Video-Beamer VBE, wie er für PC-Präsentationen ver¬ wendet wird, kombiniert. Dazu kann das von dem Video-Beamer VBE an eine Leinwand bzw. Präsentationsfläche W projizierte sichtbare Bild SG2 von einem unsichtbaren IR-Leuchtfeld SG überlagert werden. Dieses IR-Leuchtfeld SG ga- rentiert dabei die gewünschte IR-Ausleuchtung. Hierbei können der Video- Beamer und der IR-Scheinwerfer bzw. der IR-Strahler als zwei getrennte Einhei¬ ten ausgestaltet sein, wobei der Strahlenverlauf des sichtbaren Lichts des Video- Beamers und der Strahlenverlauf des IR-Lichts des IR-Scheinwerfers weitgehend parallel ausgestaltet sind. Alternativ dazu kann der IR-Strahler als Bestandteil des Video-Beamers derart ausgestaltet sein, dass der Strahlenverlauf des sicht¬ baren Lichts des Video-Beamers und der Strahlenverlauf des IR-Lichts des IR- Strahlers identisch sind. Hierbei kann das IR-Licht aus den IR-Lichtquellen wie beispielsweise IR-LEDs, IR-OLEDs oder IR-Laser in den Strahlengang des Bea- mers für sichtbares Licht durch optische Mittel wie beispielsweise Spiegel, Pris- men oder dergleichen eingekoppelt werden. Alternativ dazu kann das sichtbare Licht des Video-Beamers durch LED-Lichtquellen erzeugt werden, welche Kom¬ ponenten des sichtbaren Lichts (R-, G-, B-Bestandteile) erzeugen, so dass ein Farbrad vermieden werden kann. Zusätzliche IR-Lichtquellen wie beispielsweise IR-LED, IR-OLED können dann in den Strahlengang des sichtbaren Lichts auf- genommen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass diese IR-Lichtquellen dau¬ ernd aktiv sind, während die Lichtquellen für das sichtbare Licht entsprechend der Farbverteilung aktiviert werden.
Um die von den IR-Strahlern abgestrahlten Informationen detektieren zu können, sind IR-Empfänger mit entsprechenden Empfangsdioden vorgesehen. Vor den Empfangsdioden sind Filter angeordnet, die nur das IR-Licht von den IR- Strahlern mit der abgestrahlten Wellenlänge durchlassen. Alternativ dazu wird
sichtbares und auch IR-Licht, welches nicht der Sendewellenlänge entspricht, ganz oder teilweise gefiltert werden.
Eine Verbreiterung des Raumwinkels der IR-Strahlung kann durch optische Ein¬ heiten im Strahlengang, wie beispielsweise eine Streuscheibe, ein mikroopti- sches Linsenarray, ein Reflektor oder eine IR-reflektierende Fläche im Strahlen¬ gang etc. erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung - basierend auf einem oder einer Kombination der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele - von Fig. 5 werden LEDs, welche im sichtbaren Lichtspektrum abstrahlen, mit IR-LEDs oder IR-Laser kombiniert, welche im IR-Spektrum abstrahlen. Um über die IR-LEDs Informationen drahtlos in einen Raum abzustrahlen, muss das Licht der IR-LEDs entsprechend moduliert werden. Dazu können die IR-LEDs zusätzliche Steck¬ verbinder für Audiosignale aufweisen. Neben der Spannungsaufbereitung für die LEDs kann auch die Elektronik für die Modulation dort enthalten sein. Für digitale Übertragungstechniken kann zusätzlich eine A/D-Wandlung vorgenommen wer¬ den.
Wenn Gruppen von Lichtquellen ähnlich wie bei Halogenstrahlern mit einer zent¬ ralen Spannungsaufbereitung und einem dezentralen Beleuchtungskörper vorge¬ sehen sind, dann kann die Zuführung der Audiosignale sich am zentralen Punkt befinden.
Alternativ dazu können lichtemittierende Module mit Standard-Schraubsockeln wie z. B. E27, mit Standard-Bajonettsockeln oder anderen standardisierten Auf¬ nahmevorrichtungen gemeinsam mit einem Modulationsmodul angeordnet wer¬ den. Die Versorgungsspannungszuführung wird in das Modulationsmodul einge- schleift, wobei das Modulationsmodul einen Eingang für die Audioinformationen aufweist. Dabei werden die Audioinformationen der Versorgungsspannung über¬ lagert, dem lichtemittierenden Modul zugeführt und dort von der Versorgungs¬ spannung getrennt und dem infraroten Teil des Emitters abgestrahlt. Um zu ver¬ meiden, dass Audioinformationen in vorgelagerte Teile der Versorgungsspan-
nungszuführung zurückfließen, können Filter in dem Modulationsmodul vorgese¬ hen sein.
Die Aufbereitung des Audiosignals zu dem modulierten IR-Signal kann in dem Modulationsmodul, im lichtemittierenden Modul oder in einer Kombination der beiden erfolgen.
Alternativ dazu kann eine Übertragung der Audioinformationen per „Power Line Communication" erfolgen. An der Beleuchtungsstelle wird die Information aus der Versorgungsspannung zurückgewonnen, moduliert und über den infraroten Teil des Beleuchtungskörpers abgestrahlt. Hierbei können die Einspeisestelle für die Audioinformationen und der ausgeleuchtete Bereich weit voneinander entfernt liegen, wie beispielsweise in verschiedenen Räumen.