WO2015062829A1 - Beleuchtungseinrichtung mit lichtgenerator und kollimator - Google Patents

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WO2015062829A1
WO2015062829A1 PCT/EP2014/071535 EP2014071535W WO2015062829A1 WO 2015062829 A1 WO2015062829 A1 WO 2015062829A1 EP 2014071535 W EP2014071535 W EP 2014071535W WO 2015062829 A1 WO2015062829 A1 WO 2015062829A1
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WO
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light
lighting device
reflector
microlens
plate
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Application number
PCT/EP2014/071535
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Schmidt
Julius Muschaweck
Christopher Wiesmann
Florian BÖSL
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Osram Gmbh
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    • 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
    • F21V7/0025—Combination of two or more reflectors for a single light source
    • F21V7/0033—Combination of two or more reflectors for a single light source with successive reflections from one reflector to the next or following
    • 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
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/04—Combinations of only two kinds of elements the elements being reflectors and refractors
    • 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
    • F21V5/002—Refractors for light sources using microoptical elements for redirecting or diffusing light
    • F21V5/004—Refractors for light sources using microoptical elements for redirecting or diffusing light using microlenses
    • 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
    • F21Y2113/00—Combination of light sources
    • F21Y2113/10—Combination of light sources of different colours
    • F21Y2113/13—Combination of light sources of different colours comprising an assembly of point-like light sources
    • 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

  • Lighting device with light generator and collimator The invention relates to a lighting device
  • a light generator which has a plurality of distributed semiconductor light sources of different colors distributed, and a light generator, the optical
  • the invention is particularly applicable to illumination of high-end displays (delicatessen, works of art, jewelery, etc.) as well as for medical purposes, e.g. as a surgical light.
  • DE 10 2011 112 222 A1 discloses a lighting unit which has a surface light source, a primary optical element, a first reflector and a second reflector.
  • the primary optic element is arranged on the surface light source in such a way that a light emitted by the surface light source is imaged onto the first reflector by the primary optic element and the beam cross section of the light is reduced by the primary optic element.
  • the first reflector forms the light beam, which has been reduced by means of the primary optic element, onto the second reflector in order to remove the light from the second reflector from the second reflector
  • WO 2013/000639 A2 relates to a lighting system comprising a first reflector arrangement, a lighting module in the first reflector arrangement, a collimating unit and a second reflector, which are arranged in a sequence in a light path, wherein light from the
  • US 7,441,927 Bl discloses a lens having microlenses arranged in a spiral pattern.
  • resulting helical microlens pattern is free of internal harmonics, which otherwise become a
  • Strip pattern in the light refracted by the lens At the same time, the size of the beam spot can be adjusted by the reflector size and the microlens profile.
  • an illumination device comprising a light generator, which has a plurality of semiconductor light sources of different colors distributed in a distributed manner, optically illuminating the light generator
  • downstream multi-stage collimator and at least one collimator downstream microlens plate are provided.
  • This illumination device has the advantage that due to the use of the at least one microlens plate, a very high color rendering index, a particularly effective light mixture (without color shade) and a
  • the lighting device may in particular be a luminaire.
  • the light generator may also be considered as a planar light source or surface light source due to its distributed semiconductor light sources arranged areally.
  • the light generator may also known as "light engine” as light ⁇ generating device or as a light generating unit
  • a semiconductor light source of a particular color may, in particular, be understood to mean a semiconductor light source which emits light of a specific, defined emission spectrum and thus of a specific color.
  • the plurality of semiconductor light sources comprise at least one semiconductor light source of a first color and at least one semiconductor light source of a second color.
  • a possibility of obtaining a high color rendering index with only two kinds of semiconductor semi sources can "minzmaschine” (for example, by at least one semiconductor light source to a first, green color whitish ⁇ or as "EQ-White"
  • amber a second, amber color
  • the white color mixtures can be implemented in particular by the use of conversion LEDs.
  • Semiconductor light sources have at least three colors, eg red, green and blue or whitish-green, amber and yellow.
  • Semiconductor light sources have at least four colors, e.g. red, green, blue and amber or whitish green, amber, yellow and blue. However, to achieve an even higher
  • Color rendering index preferred a development in which the plurality of semiconductor light sources have at least five colors, e.g. red, green, blue, amber and white or whitish-green, amber, yellow, blue and white.
  • semiconductor light sources of different colors also allow a variation or adjustment of a color temperature and / or a sum color location of a light produced by the light of the semiconductor light sources
  • the adjustment of the color temperature and / or a sum color location of the mixed light may be, for example, by means of a variation of a relative current intensity or
  • the semiconductor light sources can be achieved.
  • the semiconductor light sources can be achieved.
  • a white mixed light for example, a hot- ⁇ white, a neutral-white or cold white mixed light.
  • the light generator generates a luminous flux of at least 1000 lumens
  • the luminous flux can be reduced by dimming. It is still a development that by means of such a light generator at least 15 candela per lumen (peak intensity in Cd / Lm) can be achieved.
  • At least one semiconductor light source can be used, which infrared light (IR LED) and / or
  • UV-LED Ultraviolet light radiates.
  • the at least one semiconductor ⁇ light source comprises at least one light emitting diode.
  • the at least one light-emitting diode may contain at least one wavelength-converting phosphor (conversion LED).
  • the phosphor may alternatively or additionally be arranged remotely from the light-emitting diode ("remote phosphor").
  • Light emitting diode may be in the form of at least one individually housed light emitting diode or in the form of at least one LED chip
  • the at least one light emitting diode may be equipped with at least one own and / or common optics for beam guidance, e.g. at least one Fresnel lens, collimator, and so on.
  • at least one own and / or common optics for beam guidance e.g. at least one Fresnel lens, collimator, and so on.
  • inorganic light emitting diodes e.g. based on InGaN or AlInGaP, are common too
  • organic LEDs for example polymer OLEDs
  • OLEDs organic LEDs
  • the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser. Also the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser. Also the at least one semiconductor light source may be e.g. have at least one diode laser. Also the
  • At least one diode laser may be connected downstream of a wavelength-converting phosphor, e.g. in a LARP ("Laser Activated Remote Phosphor") arrangement.
  • LARP Laser Activated Remote Phosphor
  • the semiconductor light sources may all radiate in the same direction, e.g. in that they have parallel aligned optical axes.
  • the light generator may therefore shine in particular in a half-space
  • the collimator By the collimator, the light beam generated by the light generator is narrowed and mixed. In addition, such a
  • the multistep of the collimator causes a high
  • microlenses Light entrance side and at its light exit side small lenses (“microlenses”) or serving as microlenses
  • the light entrance side and the light exit side are thus covered with a field of microlenses. This allows a particularly effective and
  • a thickness of the microlens plate has a small thickness compared to a flat extension.
  • a thickness of the microlens plate is preferably between 1 mm and 10 mm.
  • microlens plates have a diameter of 3 mm or less, preferably 2 mm or less, especially 1 mm or less. If one arranges such a microlens plate in the beam path behind the collimator, the light of a light generator with different colored emitting chips collimated, so usually almost every microlens on the light entrance side of the microlens plate is spatially approximately homogeneous
  • microlens areas of the two sides are arranged opposite one another.
  • Each microlens is on the light entrance side
  • This opposite microlens of the light exit side forms the associated microlens on the entrance side into the far field. This means that the microlens of the light exit side on an arranged well in front of the microlens plate screen an image of the opposite microlens of
  • Microlens plate having different directions is thus solved in particular by the double-sided microlens plate in a particularly effective manner.
  • the light entrance side and the light exit side are particularly parallel to each other but may be e.g. also slightly inclined to each other.
  • Light entrance side and / or the light exit side may be planar or curved, for example, spherically curved. Only the light, which enters the micro lens plate not too large angle with the optical axis
  • the angle at which the light just passes through the plate as described above is called the acceptance angle.
  • Light which forms an angle with the optical axis which is larger than the acceptance angle does not impinge on the light exit side microlens facing the microlens of the light entrance side and therefore takes an undesirable path.
  • the microlens plate is thus for
  • the microlenses can be arranged on the microlens plate in various ways. Simple grid arrays like a checkerboard array and a hexagonal arrangement have to generate approximately square or hexagonal illumination ⁇ distributions, which is undesirable for most applications the disadvantage. In practice, mostly rotationally symmetric ⁇ distributions of light intensity and Illuminance required. Even random lens ⁇ arrangements often have no illuminance distributions with a rotational symmetry result. It is one to obtain a rotationally symmetric
  • Spiral patterns are arranged on the microlens plate. With a two-sided occupancy of the microlens plate with
  • Microlenses preferably have both sides such
  • the vector defined by this set of formulas (1) to (4) points to a center of an n-th microlens.
  • n 1
  • r «1.414 R 0 and ⁇ 2 ⁇ 0 ⁇ 275 °
  • the microlens plate consists of a transparent material. It is a further embodiment that the microlens plate consists of a light-scattering material. For this purpose, for example, in a transparent or clear base material serving as matrix material, volume spreaders may be embedded as filling material. So can the from the
  • Microlens plate generated light distribution can be further smoothed.
  • the microlens plate can be made of glass or glass
  • Plastic e.g., PMMA or polycarbonate.
  • Microlens plate may be on one or both sides provided with an antireflection coating to reduce reflection ⁇ losses.
  • the microlens plate can in particular in one piece
  • the microlens plate may be a continuous workpiece of the same material or material mixture. It is yet another embodiment that the microlens plate is composed of a plurality of similarly shaped pieces. The equally shaped pieces like the microlens plate e.g. in the form of joined together (e.g.
  • microlens Since the pieces are similar, they can all be made with the same mold.
  • the microlens plate can also be composed of two or more differently shaped parts. It is also an embodiment that the collimator a lens, one of the lens optically downstream
  • optical elements form one in this order
  • Collimator that focuses the light generated by the light generator.
  • the lens may be located along the optical axis in front of the light generator. Between the light generator and the lens is preferably an air gap.
  • the lens likes at its the light generator facing
  • the lens may be made of glass (e.g., BK7 or B270) or plastic (e.g., PMMA or polycarbonate). In both cases, a one- or two-sided presence of an antireflection coating to increase the optical efficiency is possible.
  • the distributor reflector is preferably located on the optical axis in front of the lens.
  • the distributor reflector is designed to be reflective, in particular reflective, at least on its surface illuminated by the lens.
  • the lens-facing, reflective surface of the distributor ⁇ reflector is in particular a along a symmetry axis rotationally symmetric surface. This axis of symmetry coincides in particular with the optical axis of the lens and thus, as a rule, also with the illumination device.
  • the reflective surface of the distribution reflector expands in particular with increasing distance from the lens. It is a development that a cross-sectional shape of the reflective surface of the distribution reflector of a straight line aligned obliquely to the optical axis
  • the reflective surface is then in others Words formed as a conical surface. This may be particularly a pointed conical or a
  • Lateral surface is then directed in particular with its tip on the lens, preferably so that their
  • Symmetryeachse coincides with the optical axis of the lens and the illumination device.
  • Surface of the distribution reflector is not limited to one straight, but may e.g. also circular-sector-shaped,
  • a non-reflective region of the distributor reflector is arranged around the optical axis of the illumination device.
  • a non-reflecting region can be understood in particular to be a light-absorbing region or a diffusely scattering region. That a region of the distribution reflector is arranged around the optical axis of the illumination device may like
  • the optical axis passes through the area, in particular in the middle.
  • the area is in particular a flat closed area, e.g. not ring-shaped.
  • a region disposed about the optical axis may also be referred to as a "central region.”
  • Microlens plate radiated light or light beam is improved. Because this light intensity distribution has at its edge (ie, at large angles) shoulders. These shoulders are undesirable because the interpretation of the microlens is determined by the total width of the light intensity distribution ⁇ , as already explained above.
  • the non-reflective region can be formed, for example, by a light-absorbing or diffusely scattering diaphragm
  • a hole may be recessed or flattened in the center or tip of the distributor reflector facing the lens, and this or this may be covered with a diaphragm.
  • Main reflector in particular likes the lens and the
  • Distributor reflector laterally surrounding surrounding This results in a particularly flat design or a low overall height.
  • the main reflector in particular likes a cup-shaped
  • Main reflector may correspond in particular to the optical axis of the light generator, the optical axis of the lens and the optical axis of the distribution reflector.
  • the main reflector and / or the distributor reflector may for example consist of aluminum with an anodized or vapor-deposited surface.
  • the distribution mirror is preferably by means of a
  • the microlens plate is optically connected downstream of at least one diffuser. This advantageously serves to smooth the light intensity distribution emitted by the microlens plate.
  • the diffuser or diffuser may be designed in particular as a disk or plate or as a set of a plurality of disks arranged one behind the other.
  • the diffuser may be arranged in particular as a diffuser or as a set of several consecutively arranged
  • Diffuser be formed.
  • a conventional one is a conventional one
  • FWHM width of the light intensity distribution also almost does not change.
  • the FWHM width is typically up to 15 degrees here.
  • the FWHM width can be so
  • the diffuser may be made of plastic, e.g.
  • the diffuser is preferably frosted on one or two sides.
  • Elliptical spreader plates can also be used.
  • the diffuser may additionally or alternatively be designed as at least one clear, structured plate.
  • microlens plate at least one honeycomb filter is optically connected downstream.
  • a honeycomb filter may be in particular as a plate-shaped
  • optical element which is constructed of mutually parallel tubes.
  • the tubes are in particular perpendicular to a plane of the plate aligned.
  • the tubes are connected in particular honeycomb-shaped.
  • Honeycomb filters are suitable for narrowing the light intensity distribution. If a honeycomb filter is arranged in the beam path behind the microlens plate (so it is the
  • the light intensity distribution becomes narrower.
  • the light distribution could be made narrower with a simple black pipe section, but this would have the disadvantage of a much larger height.
  • Sculpture lens expands the light beam in one direction, while the width of the distribution in the direction perpendicular thereto is not or only slightly changed.
  • a diffusion plate which widens the light more strongly in a first direction than in the direction which is perpendicular to the first direction.
  • Such a diffusion plate is also referred to as an "elliptical diffusion plate”.
  • the illumination device may be designed with such a sculpture lens or elliptical scattering plate. This is preferably in the light path or beam path behind the
  • At least one scattering plate and / or the honeycomb filter arranged is thus optically downstream of these elements.
  • microlens plate at least two successively arranged and mutually rotatable sculpture lenses or elliptical scattering plates are optically connected downstream.
  • Sculpture lenses and scattering plates can only be generated in each case a specific elliptical light intensity distribution.
  • an adaptable elliptical distribution can be provided.
  • Scatter plates are rotated against each other about their optical axis, results in an elliptical distribution with a different aspect ratio, i. with a different ratio of short and long direction of the elliptical distribution.
  • any aspect ratio between the two extremes can be adjusted.
  • the orientation of the ellipse can be changed by rotating the two elliptical lenses together around the optical axis without changing their relative orientation to each other.
  • the illumination device By means of an etendue observation of the illumination device can be calculated for a given size of the light source (here: the light generator) and for a given diameter of the light ⁇ outlet opening of the illumination device a smallest possible angle range in which one can bring the light emitted by the illumination device.
  • a diameter of a (eg circular) emission surface of the light generator of, for example, 14.5 mm and a diameter of the light exit opening of
  • Light generator of e.g. 140 mm results in a smallest possible radiation angle Wm of about 6 degrees
  • a FWHM of approximately 7.8 degrees can be achieved with the illumination device described, which comes very close to the smallest possible value of 6 °.
  • the diameter of the optics comes close to the smallest possible diameter for a given size of the light source and given emission angle, that is to say the optics described are in comparison to other optics very space saving.
  • the collimator itself may be formed with a diameter of 140 mm, for example, only about 30 mm to 35 mm high.
  • attachment plates microlens plate and possibly
  • FIG. 1 shows a section of a section of the illumination device according to the first embodiment with a course of selected light beams
  • FIG. 1 shows a section of a section of a lighting device according to a second embodiment
  • FIG. 1 shows a plan view of a microlens plate of the illumination device according to the first or the second embodiment; shows a view obliquely from the front of a honeycomb filter of the illumination device according to the first or the second embodiment;
  • Figure 11 to 13 show an outline of an illumination ⁇ device according to the first or the second embodiment, with double downstream elliptical diffusion plates with a different relative rotational position as well as to a corresponding image spot.
  • Fig.l shows a sectional view of a lighting ⁇ device according to a first embodiment in the form of a lamp 1, for example for the illumination of works of art.
  • the luminaire 1 has a light generator 2, which comprises a plurality of semiconductor light sources arranged in the form of a planar array in the form of e.g. of LED chips (not shown).
  • the LED chips have five different colors, that is, they emit light with five different emission spectra, e.g. in the colors red, green, blue, amber and white.
  • the light generator 2 generates a luminous flux of at least 1000 lumens.
  • An optical axis O of the light generator 2 is here aligned vertically upwards, which corresponds in a relative view of a direction of the light generator 2 forward.
  • the light generated by the light generator 2 is emitted into a front half-space, which extends up to 90 ° at an angle to the optical axis 0 around.
  • this front half-space substantially corresponds to the space in front of the light generator 2.
  • the light generator 2 is followed by a multi-stage collimator which consists of a lens 3 as the first stage, a distributor reflector 4 optically connected downstream of the lens 3 as a second stage and a distributor reflector 4 downstream Main reflector 5 is the third stage.
  • FIG. 2 shows the profile of selected sections
  • Light rays R in the light 1 represents.
  • the one of the Light generator 2 generated light rays R pass through a narrow air gap between the light generator 2 and the lens 3 and are refracted upon entry into the lens 3.
  • the light rays R pass through the lens 3 and are again slightly deflected when exiting the lens 3.
  • the light rays R shown here strike the exit side of the lens 3 almost at right angles and are therefore only slightly deflected.
  • the lens directs the light rays R onto the distribution mirror 4.
  • the lens 3 may be at the light generator 2 facing
  • Bottom 6 a e.g. Have dome-like recess, in which the light generator 2 is at least partially insertable to avoid light losses by a lateral light emission past the lens 3.
  • the light radiated on the underside of the light generator 2 into the lens 3 is completely deflected onto the distributor reflector 4.
  • the distributor reflector 4 has a specularly reflective surface 7, which here has a frustoconical
  • the optical axis 0 corresponds to the
  • Top surface 8 faces the lens 3. Along the optical axis 0 in the upward or forward direction, therefore, the reflecting surface 7 widens in a straight line. It throws the incident light, as shown in Figure 3, laterally on the main reflector 5, in a rearward with respect to the distribution reflector 4 half-space. The one of the
  • Distributor reflector 4 radiated light paths are thus directed perpendicular to the optical axis 0 and / or obliquely against the direction of the optical axis 0.
  • the lens 3 and the distributor reflector 4 circumferentially surrounding the main reflector 5 has a shell ⁇ shaped basic shape, which may be formed, for example, spherical disc-shaped or paraboloid.
  • the light emitted by the distributor reflector 4 is emitted with a small width, for example with a FWHM of less than 15 degrees, upwards or forwards.
  • the folded light path within the collimator 3 to 5 enables a high-grade beam collimation with low overall height and low lateral extent, eg diameter, of the luminaire 1.
  • microlens plate 10 In front of the main reflector 5 or above the main reflector 5 and thus optically downstream there is a microlens plate 10.
  • the microlens plate 10 consists of a transparent or only slightly
  • light-scattering material It can e.g. one piece
  • the microlens plate 10 has both on its light ⁇ entrance side 11 and on its light exit side 12 micro lenses 13 (see Figure 7) or acting as a microlens volume areas.
  • the microlenses 13 have a diameter of 1 mm or less.
  • the microlenses 13 are on both sides 11, 12 in a mutually
  • the microlens plate 10 is a diffuser in the form of a
  • Spreader plate 14 may correspond in particular to a light exit opening of the lamp 1.
  • a width FWHM of the light intensity distribution at or behind the light exit side 15 of FIG Scatter plate 14 may eg between 15 degrees and 50 degrees
  • FIG. 3 shows a section of a section of a lighting device in the form of a lamp 16 according to a second embodiment.
  • the luminaire 16 is constructed analogously to the luminaire 1, except that the distributor reflector 17 has a pointed or non-flattened reflection surface 18 and thus essentially throws all the light emitted by the lens 3 onto the main reflector 5.
  • FIG. 4 shows a plot of a luminous intensity distribution VI in arbitrary units over an angle deviation from the optical axis 0 in degrees for the luminaire 16. As shown in circled, recognizable flattened areas or shoulders 19 result at the edge of the luminous intensity distribution VI, which reduce a beam quality.
  • FIG. 5 shows a section of a section of the luminaire 1 with the flattened, non-reflecting tip region or central disc-shaped region 9 shown outlined. This can for example be realized by a light-absorbing,
  • Disc-shaped aperture 20 has been inserted into a matching recess 21 in the top of the distribution reflector.
  • FIG. 6 shows a plot of a luminous intensity distribution V2 in arbitrary units over an angular deviation from the optical axis 0 in degrees for the luminaire 1. As shown in circled, the shoulders 22 are at the edge of the
  • Light intensity distribution V2 now significantly steeper or less flattened, which improves a beam quality.
  • FIG. 7 shows a plan view of a light entry side 11 or light exit side 12 of the microlens plate 10 of the luminaire 1 or 16.
  • the microlenses 13 are in one
  • microlenses Spiral pattern on the microlens plate 10 is arranged.
  • the microlenses are named after their number n.
  • the microlenses 13 are arranged here purely by way of example according to the following formulas:
  • the honeycomb filter 23 may be used, for example, instead of the diffusion plate 14 to reduce a width of the light intensity distribution.
  • the honeycomb filter 23 is here formed as a plate-shaped optical element which is parallel to each other
  • the tubes 24 are aligned perpendicular to a plate plane and formed on its inner side 25 light-absorbing.
  • the tubes 24 are connected to each other on the outside honeycomb-shaped.
  • FIG. 9 shows a sketch of a luminaire 1 or 16 with a corresponding disc-shaped image spot Bl, which is imaged on an image plane E.
  • FIG. 10 shows a sketch of a luminaire 1 or 16 with a single, downstream elliptical scattering plate 26 and with a corresponding elliptical image spot B2.
  • Dash LI indicates alignment of a longer major axis of the elliptical image spot B2 generated by this elliptical diffusion plate 26.
  • the elliptical image spot B2 is here extended horizontally, but not or only slightly in the vertical.
  • FIG. 11 shows a sketch of a luminaire 1 or 16 with the downstream elliptical scattering plate 26 and one of these scattering plate 26 optically downstream further elliptical scattering plate 27.
  • the incident on the further elliptical scattering plate 27 elliptical image spot Bl is again elliptically extended, in the direction of the indicated line L2 of the further elliptical diffusion plate 27. Since in this figure both lines LI and L2 are aligned parallel to each other (corresponding to a rotation angle of 0 degrees to each other), the elliptical image spot B3 generated behind the diffusion plates 26 and 27 is correspondingly longer than the image spot B2, but continue along the horizontal.
  • Fig.12 shows the arrangement of Fig.11, but now the two rotary plates 26 and 27 are rotated by 90 degrees to each other about the optical axis 0 (corresponding to a rotation angle of 90 degrees to each other), ie perpendicular to each other. Since the spreader plates 26 and 27 originally from the
  • FIG. 13 shows a sketch of a lighting device according to the first or the second exemplary embodiment
  • downstream elliptical scattering plates 26 and 27, which occupy a rotation angle of more than zero degrees, but less than 90 degrees to each other.
  • Image spot B5 is elliptically shaped and rotated by the angle of rotation from the horizontal.
  • a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

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Abstract

Die Beleuchtungseinrichtung (1) weist einen Lichtgenerator (2), welcher mehrere flächig verteilt angeordnete Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe aufweist, einen dem Lichtgenerator (2) optisch nachgeschalteten mehrstufigen Kollimator (3-5) und mindestens eine dem Kollimator (3-5) nachgeschaltete Mikrolinsenplatte (10) auf. Die Beleuchtungseinrichtung (1) ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar zur Beleuchtung von hochwertigen Auslagen (Feinkost, Kunstgegenstände, Schmuck usw.) als auch für medizinische Zwecke, z.B. als Operationsleuchte.

Description

Beschreibung
Beleuchtungseinrichtung mit Lichtgenerator und Kollimator Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung,
aufweisend einen Lichtgenerator, welcher mehrere flächig verteilt angeordnete Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe aufweist, und einen dem Lichtgenerator optisch
nachgeschalteten mehrstufigen Kollimator. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf eine Beleuchtung von hochwertigen Auslagen (Feinkost, Kunstgegenstände, Schmuck usw.) als auch für medizinische Zwecke, z.B. als Operationsleuchte.
DE 10 2011 112 222 AI offenbart eine Beleuchtungseinheit, die eine Flächenlichtquelle, ein Primäroptikelement, einen ersten Reflektor und einen zweiten Reflektor aufweist. Das
Primäroptikelement ist derart an der Flächenlichtquelle angeordnet, dass ein von der Flächenlichtquelle emittiertes Licht durch das Primäroptikelement auf den ersten Reflektor abgebildet ist und dabei der Strahlquerschnitt des Lichts durch das Primäroptikelement verkleinert ist. Dabei bildet der erste Reflektor den mittels des Primäroptikelements verkleinerten Lichtstrahl auf den zweiten Reflektor ab, um das Licht aus dem zweiten Reflektor aus der
Beleuchtungseinheit abzustrahlen.
WO 2013/000639 A2 betrifft ein Beleuchtungssystem, aufweisend eine erste Reflektoranordnung, ein Beleuchtungsmodul in der ersten Reflektoranordnung, eine kollimierende Einheit und einen zweiten Reflektor, die in dieser Reihenfolge in einem Lichtpfad angeordnet sind, wobei Licht von dem
Beleuchtungsmodul durch die kollimierende Einheit in
parallele Lichtstrahlen geformt wird und auf den zweiten Reflektor projiziert wird, wobei der zweite Reflektor das Licht auf die erste Reflektoranordnung reflektiert und das Licht von der ersten Reflektoranordnung auf ein zu
beleuchtendes Objekt reflektiert wird. US 7,441,927 Bl offenbart eine Linse mit in einem spiralförmigen Muster angeordneten Mikrolinsen. In
Polarkoordinaten sind die Zentren aufeinanderfolgender
Mikrolinsen radial und winkelbezogen beabstandet, und zwar durch Beabstandungsfaktoren wie den Abstand Phi, welcher das Konjugierte des Goldenen Schnitts darstellt. Das
resultierende spiralförmige Mikrolinsenmuster ist frei von inneren Harmonischen, welche ansonsten zu einem
Streifenmuster in dem von der Linse gebrochenen Licht führen würden. Gleichzeitig kann die Größe des Strahlflecks durch die Reflektorgröße und das Mikrolinsenprofil eingestellt werden .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit zur besonders gleichmäßigen und natürlich wirkenden Beleuchtung insbesondere von Gegenständen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind
insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung, aufweisend einen Lichtgenerator, welcher mehrere flächig verteilt angeordnete Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe aufweist, einen dem Lichtgenerator optisch
nachgeschalteten mehrstufigen Kollimator und mindestens einer dem Kollimator nachgeschalteten Mikrolinsenplatte .
Diese Beleuchtungseinrichtung weist den Vorteil auf, dass aufgrund der Verwendung der mindestens einen Mikrolinsenplatte ein sehr hoher Farbwiedergabeindex, eine besonders effektive Lichtmischung (ohne Farbschatten) und eine
gleichmäßige Lichtstärkeverteilung (ohne Kanten, Ringe o.ä.) erreichbar sind und so eine besonders gleichmäßige und natürlich wirkende Beleuchtung bereitgestellt wird. Die Beleuchtungseinrichtung mag insbesondere eine Leuchte sein .
Der Lichtgenerator mag aufgrund seiner flächig verteilt angeordneten Halbleiterlichtquellen auch als eine flächige Lichtquelle oder Flächenlichtquelle angesehen werden. Der Lichtgenerator mag auch als „Light Engine", als Licht¬ erzeugungseinrichtung oder als Lichterzeugungseinheit
bezeichnet werden. Er weist bevorzugt auch zumindest einen Teil eines Treibers zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen auf .
Unter einer Halbleiterlichtquelle einer bestimmten Farbe mag insbesondere eine Halbleiterlichtquelle verstanden werden, welche Licht eines bestimmten, definierten Emissionsspektrums und damit einer bestimmten Farbe abstrahlt.
Die mehreren Halbleiterlichtquellen umfassen mindestens eine Halbleiterlichtquelle einer ersten Farbe und mindestens eine Halbleiterlichtquelle einer zweiten Farbe. Ein Möglichkeit zur Erlangung eines hohen Farbwiedergabeindex mit nur zwei Arten von Halbleiterhalbquellen kann beispielsweise durch mindestens eine Halbleiterlichtquelle einer ersten, weißlich¬ grünen Farbe (auch als „minzfarben" oder „EQ-White"
bezeichnet) und mindestens eine Halbleiterlichtquelle einer zweiten, bernsteinfarben Farbe (auch als „amber" bezeichnet) erreicht werden. Diese Zusammenstellung kann auch als
„Brilliant Mix" bezeichnet werden kann. Eine andere
Möglichkeit zur Erlangung eines hohen Farbwiedergabeindex mit nur zwei Arten von Halbleiterhalbquellen besteht in der
Verwendung von Halbleiterlichtquellen mit zwei
unterschiedlich weißen Farbmischungen, nämlich warm-weiß und kalt-weiß. Die weißen Farbmischungen können insbesondere durch die Verwendung von Konversions-LEDs umgesetzt werden.
Zur Erreichung eines besonders hohen Farbwiedergabeindex wird eine Weiterbildung bevorzugt, bei der die mehreren
Halbleiterlichtquellen mindestens drei Farben aufweisen, z.B. rot, grün und blau oder weißlich-grün, bernsteinfarben und gelb .
Zur Erreichung eines noch höheren Farbwiedergabeindex wird eine Weiterbildung bevorzugt, bei der die mehreren
Halbleiterlichtquellen mindestens vier Farben aufweisen, z.B. rot, grün, blau und bernsteinfarben oder weißlich-grün, bernsteinfarben, gelb und blau. Jedoch wird zur Erreichung eines noch höheren
Farbwiedergabeindex eine Weiterbildung bevorzugt, bei der die mehreren Halbleiterlichtquellen mindestens fünf Farben aufweisen, z.B. rot, grün, blau, bernsteinfarben und weiß oder weißlich-grün, bernsteinfarben, gelb, blau und weiß.
Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass ein Summenfarbort des von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlten
Summenlichts variierbar ist. Die Verwendung von
Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe ermöglicht nämlich insbesondere auch eine Variation oder Einstellung einer Farbtemperatur und/oder eines Summenfarborts eines durch das Licht der Halbleiterlichtquellen erzeugten
Mischlichts. Die Einstellung der Farbtemperatur und/oder eines Summenfarborts des Mischlichts mag beispielsweise mittels einer Variation einer relativen Stromstärke oder
Bestromung von Halbleiterlichtquellen unterschiedlicher Farbe erreicht werden. Die Halbleiterlichtquellen können
insbesondere ein weißes Mischlicht erzeugen; z.B. ein warm¬ weißes, ein neutral-weißes oder ein kalt-weißes Mischlicht.
Mit diesem Lichtgenerator sind insbesondere Farbtemperatureinstellungen zwischen 3000 K und 6000 K bei einer Einhaltung von Farbwiedergabeindices Ra > 95 und Rl bis R14 > 90
möglich .
Es ist zudem noch eine Ausgestaltung, dass der Lichtgenerator einen Lichtstrom von mindestens 1000 Lumen erzeugt,
insbesondere zwischen 1000 und 2000 Lumen. Es ist eine Weiterbildung, dass der Lichtstrom durch Dimmen reduziert werden kann. Es ist noch eine Weiterbildung, dass mittels eines solchen Lichtgenerators mindestens 15 Candela pro Lumen (Peak Intensity in Cd/Lm) erreicht werden können.
Auch kann mindestens eine Halbleiterlichtquelle verwendet werden, welche infrarotes Licht (IR-LED) und/oder
ultraviolettes Licht (UV-LED) abstrahlt. Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiter¬ lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED) . Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("Remote Phosphor") . Die mindestens eine
Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips
vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch
organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs ) einsetzbar.
Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen. Auch dem
mindestens einen Diodenlaser mag ein wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff nachgeschaltet sein, z.B. in einer LARP („Laser Activated Remote Phosphor" ) -Anordnung .
Die Halbleiterlichtquellen mögen insbesondere alle in die gleiche Richtung abstrahlen, z.B. dadurch, dass sie parallel ausgerichtete optische Achsen aufweisen. Der Lichtgenerator mag deshalb insbesondere in einen Halbraum strahlen,
insbesondere in einen um +/- 90° um eine optische Achse oder Längsachse des Lichtgenerators aufgezogenen Halbraum. Das von dem Lichtgenerator erzeugte Lichtbündel weist ohne weitere Maßnahmen eine räumlich sehr inhomogene Farbverteilung auf.
Durch den Kollimator wird das von dem Lichtgenerator erzeugte Lichtbündel verengt und gemischt. Zudem wird so eine
vergleichmäßigte Lichtstärkeverteilung erreicht.
Die Mehrstufigkeit des Kollimators bewirkt eine hohe
Flexibilität in der Ausgestaltung der Beleuchtungs- einrichtung, insbesondere zur Erreichung eines kleinen
Durchmessers, einer geringen Bautiefe und einer geringen Breite und genau einstellbaren Form des abgestrahlten
Lichtbündels .
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Mikrolinsenplatte eine lichtdurchlässige Platte aufweist oder ist, an deren
Lichteintrittsseite und an ihrer Lichtaustrittsseite kleine Linsen („Mikrolinsen") bzw. als Mikrolinsen dienenden
Bereiche vorhanden sind. Die Lichteintrittsseite und die Lichtaustrittsseite sind also mit einem Feld von Mikrolinsen bedeckt. Dies ermöglicht eine besonders effektive und
gleichförmige Lichtmischung. Eine Dicke der Mikrolinsenplatte weist eine im Vergleich zu einer ebenen Ausdehnung geringe Dicke auf. Eine Dicke der Mikrolinsenplatte beträgt bevorzugt zwischen 1 mm und 10 mm. Die Mikrolinsen der
Mikrolinsenplatte weisen insbesondere einen Durchmesser von 3 mm oder weniger, bevorzugt von 2 mm oder weniger, speziell von 1 mm oder weniger, auf. Ordnet man eine solche Mikrolinsenplatte im Strahlengang hinter dem Kollimator an, der Licht eines Lichtgenerators mit verschiedenfarbig emittierenden Chips kollimiert, so wird in der Regel fast jede Mikrolinse auf der Lichteintrittsseite der Mikrolinsenplatte räumlich näherungsweise homogen
beleuchtet. Jedoch weisen die verschiedenfarbigen
Lichtanteile beim Eintritt in die Mikrolinsenplatte
verschiedene Richtungen auf, d.h., dass die Lichtfarbe stark winkelabhängig ist. Dieses Problem wird speziell durch die Mikrolinsenplatte auf eine besonders effektive Weise gelöst.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Mikrolinsenbereiche der beiden Seiten sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Jeder Mikrolinse auf der Lichteintrittsseite steht
insbesondere eine Mikrolinse auf der Lichtaustrittsseite gegenüber. In noch anderen Worten mag ein Feld von
Mikrolinsen der Lichteintrittsseite zu einem Feld von
Mikrolinsen der Lichtaustrittsseite deckungsgleich angeordnet sein. Jede Mikrolinse der Lichteintrittsseite wirft dann insbesondere das in sie einfallende Licht auf die
gegenüberliegende Mikrolinse der Lichtaustrittsseite. Diese gegenüberliegende Mikrolinse der Lichtaustrittsseite bildet die zugehörige Mikrolinse der Eintrittsseite in das Fernfeld ab. Das bedeutet, dass die Mikrolinse der Lichtaustrittsseite auf einem weit vor der Mikrolinsenplatte angeordneten Schirm ein Bild der gegenüberliegenden Mikrolinse der
Lichteintrittsseite erzeugt. Da die Farbverteilung auf der Mikrolinse der Lichteintrittsseite räumlich näherungsweise homogen ist, ist auch die auf dem Schirm von der zugehörigen Mikrolinse der Lichtaustrittsseite erzeugte Farbverteilung räumlich homogen. Im Fernfeld überlagern sich die von allen Mikrolinsen erzeugten Lichtverteilungen, und da jede davon in der Farbe räumlich in etwa homogen ist, ist auch die
Überlagerung insgesamt sehr homogen. Dass Problem, dass die verschiedenfarbigen Lichtanteile beim Eintritt in die
Mikrolinsenplatte verschiedene Richtungen aufweisen, wird somit speziell durch die doppelseitige Mikrolinsenplatte auf eine besonders effektive Weise gelöst.
Die Lichteintrittsseite und die Lichtaustrittsseite sind insbesondere parallel zueinander ausgerichtet, mögen aber z.B. auch leicht schräg zueinander liegen. Die
Lichteintrittsseite und/oder die Lichtaustrittsseite mögen planar oder gekrümmt sein, z.B. kugelförmig gekrümmt. Nur das Licht, das beim Eintritt in die Mikrolinsenplatte einen nicht zu großen Winkel mit der optischen Achse
einschließt, nimmt den oben beschriebenen erwünschten
Lichtweg. Der Winkel, für den das Licht gerade noch wie oben beschrieben durch die Platte läuft, heißt Akzeptanzwinkel. Licht, das mit der optischen Achse einen Winkel einschließt, der größer als der Akzeptanzwinkel ist, trifft nicht in die der Mikrolinse der Lichteintrittsseite gegenüberliegende Mikrolinse der Lichtaustrittsseite und nimmt deshalb einen unerwünschten Weg. Die Mikrolinsenplatte wird also zur
Vermeidung von Lichtverlusten und zur Aufrechterhaltung einer besonders gleichmäßigen Lichtverteilung vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie einen hinreichend großen Akzeptanz¬ winkel aufweist, damit ein großer Anteil des Lichtes den vorgesehenen Verlauf durch die Mikrolinsenplatte nimmt. Das bedeutet, dass der Akzeptanzwinkel der Mikrolinsenplatte umso größer ausgelegt werden sollte, je größer ein Winkelbereich ist, welcher von der den Kollimator verlassenden Strahlung eingenommen wird. Ein größerer Akzeptanzwinkel führt aber auch zu einem unerwünschten größeren Abstrahlwinkel des
Lichtes nach einem Passieren der Mikrolinsenplatte. Um den Abstrahlwinkel klein zu halten, ist es also vorteilhaft, den Winkelbereich, welcher von der den Kollimator verlassenden Strahlung eingenommen wird, klein zu halten. Ein Weg dazu besteht darin, Schultern der von dem Kollimator erzeugten
Lichtverteilung bzw. des Lichtbündels schmal zu halten, damit der Akzeptanzwinkel der Mikrolinsenplatte klein gehalten werden kann und so die Breite des abgestrahlten Lichtbündels gering gehalten werden kann.
Zu diesem Zweck können die Mikrolinsen an der Mikrolinsenplatte auf verschiedene Weise angeordnet werden. Einfache Gitteranordnungen wie eine schachbrettartige Anordnung und eine hexagonale Anordnung haben den Nachteil, dass sie in etwa quadratische bzw. sechseckige Beleuchtungsstärke¬ verteilungen erzeugen, was für die meisten Anwendungen unerwünscht ist. In der Praxis werden meist rotations¬ symmetrische Verteilungen der Lichtstärke und der Beleuchtungsstärke gewünscht. Auch zufällige Linsen¬ anordnungen haben oft keine Beleuchtungsstärkeverteilungen mit einer Rotationssymmetrie ergeben. Es ist eine zur Erlangung einer rotationssymmetrischen
Verteilung der Lichtstärke und/oder der Beleuchtungsstärke bevorzugte Ausgestaltung, dass die Mikrolinsen in einem
Spiralmuster an der Mikrolinsenplatte angeordnet sind. Bei einer beidseitigen Belegung der Mikrolinsenplatte mit
Mikrolinsen weisen bevorzugt beide Seiten ein solches
Spiralmuster auf, insbesondere ein deckungsgleiches
Spiralmuster .
Es ist eine Weiterbildung, dass sich eine Anordnung der Mikrolinsen gemäß folgender Formeln ergibt: rn = Ro n1/2 (1) θη = n θ0 (2) Φ = (51/2 +l)/2 * 1.6180339... (3) θ0 = 2π/Φ2 * 137,5° (4)
mit r einem Radius und Θ einem Winkel in einem Polarkoordinatensystem, das von einer Mitte des Spiralmusters ausgeht, n ist eine natürliche Zahl n>=l und bezeichnet die Nummer einer Mikrolinse des Spiralmusters. Der durch diesen Satz von Formeln (1) bis (4) definierte Vektor zeigt auf eine Mitte einer n-ten Mikrolinse. Für die erste Mikrolinse mit n = 1 gilt also r = R0 und θ = θο ~ 137,5°, für eine zweite Mikrolinse mit n = 2 gilt, r « 1.414 R0 und Θ = 2 θ0 ~ 275°, usw. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich eine beinahe perfekt rotationssymmetrische Lichtstärkeverteilung ergibt. Es ist eine zur Geringhaltung von optischen Verlusten
besonders vorteilhafte Weiterbildung, dass die Mikrolinsen- platte aus einem transparenten Material besteht. Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Mikrolinsenplatte aus einem lichtstreuenden Material besteht. Zu diesem Zweck können beispielsweise in einem als Matrixmaterial dienenden transparenten oder klaren Grundmaterial Volumenstreuer als Füllmaterial eingebettet sein. So kann die von der
Mikrolinsenplatte erzeugte Lichtverteilung noch weiter geglättet werden.
Es ist eine zur Beibehaltung des grundsätzlichen
Strahlungsgangmusters in der Mikrolinsenplatte bevorzugte Weiterbildung, dass die Mikrolinsenplatte aus einem
geringfügig lichtstreuenden Material besteht.
Die Mikrolinsenplatte kann insbesondere aus Glas oder
Kunststoff (z.B. PMMA oder Polycarbonat ) bestehen. Die
Mikrolinsenplatte kann zur Verringerung von Reflexions¬ verlusten ein- oder beidseitig mit einer Antireflex- beschichtung versehen sein.
Die Mikrolinsenplatte kann insbesondere einstückig
hergestellt sein, insbesondere mittels eines einzigen
Arbeitsablaufs. Die Mikrolinsenplatte mag insbesondere ein durchgängiges Werkstück aus einem gleichen Material oder Materialgemisch sein. Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Mikrolinsenplatte aus mehreren gleichgeformten Stücken zusammengesetzt ist. Die gleichgeformten Stücke mögen die Mikrolinsenplatte z.B. in Form von zusammengefügten (z.B. miteinander
verklebten) Tortenstücken bilden. Diese Ausgestaltung macht sich zu Nutze, dass Werkzeugkosten für kleinere Stücke von Mikrolinsenplatten geringer sind als für eine ganze
Mikrolinsenplatte. Da die Stücke gleichartig sind, können alle mit dem gleichen Formwerkzeug hergestellt werden. Die Mikrolinsenplatte kann aber auch aus zwei oder mehr unterschiedlich geformten Teilen zusammengesetzt sein. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Kollimator eine Linse, einen der Linse optisch nachgeschalteten
Verteilerreflektor und einen dem Verteilerreflektor
nachgeschalteten Hauptreflektor aufweist. Diese drei
optischen Elemente bilden in dieser Reihenfolge einen
Kollimator, der das von dem Lichtgenerator erzeugte Licht bündelt .
Insbesondere mag sich die Linse entlang der optischen Achse vor dem Lichtgenerator befinden. Zwischen dem Lichtgenerator und der Linse befindet sich bevorzugt ein Luftspalt. Die Linse mag an ihrer dem Lichtgenerator zugewandten
(rückwärtigen) Seite eine domartige Aussparung aufweisen. Die Linse mag aus Glas (z.B. BK7 oder B270) oder Kunststoff (z.B. PMMA oder Polycarbonat ) bestehen. In beiden Fällen ist ein ein- oder beidseitiges Vorliegen einer Antireflexbeschichtung zur Erhöhung der optischen Effizienz möglich.
Der Verteilerreflektor befindet sich bevorzugt auf der der optischen Achse vor der Linse. Der Verteilerreflektor ist zumindest an seiner von der Linse beleuchteten Oberfläche reflektierend ausgebildet, insbesondere spiegelnd. Die der Linse zugewandte, reflektierende Oberfläche des Verteiler¬ reflektors ist insbesondere eine entlang einer Symmetrieachse rotationssymmetrische Oberfläche. Diese Symmetrieachse fällt insbesondere mit der optischen Achse der Linse und damit in der Regel auch der Beleuchtungseinrichtung zusammen. Die reflektierende Oberfläche des Verteilerreflektors weitet sich insbesondere mit steigendem Abstand von der Linse auf. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Querschnittsform der reflektierenden Oberfläche des Verteilerreflektors einer schräg zu der optischen Achse ausgerichteten Geraden
entspricht. Die reflektierende Oberfläche ist dann in anderen Worten als eine kegelförmige Mantelfläche ausgebildet. Dies mag insbesondere eine spitze kegelförmige oder eine
kegelstumpfförmige Mantelfläche sein. Die kegelförmige
Mantelfläche ist dann insbesondere mit ihrer Spitze auf die Linse gerichtet, und zwar bevorzugt so, dass ihre
Symmetrieachse mit der optischen Achse der Linse und der Beleuchtungseinrichtung zusammenfällt .
Jedoch ist die Querschnittsform der reflektierenden
Oberfläche des Verteilerreflektors nicht auf eine gerade beschränkt, sondern mag z.B. auch kreissektorförmig,
parabelförmig, freiflächnerisch usw. geformt sein.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass ein nichtspiegelnder Bereich des Verteilerreflektors um die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist. Unter einem nicht- spiegelnden Bereich kann insbesondere ein lichtabsorbierender Bereich oder ein diffus streuender Bereich verstanden werden. Dass ein Bereich des Verteilerreflektors um die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist, mag
insbesondere bedeuten, dass die optische Achse durch den Bereich hindurch verläuft, insbesondere mittig. Der Bereich ist insbesondere ein flächig geschlossener Bereich, also z.B. nicht ringförmig. Ein um die optische Achse angeordneter Bereich mag auch als ein „mittiger Bereich" bezeichnet werden. Das Vorsehen des nichtreflektierenden Bereichs hat den überraschenden Vorteil ergeben, dass die winkelabhängige Lichtstärkeverteilung des von dem Kollimator auf die
Mikrolinsenplatte gestrahlten Lichts oder Lichtbündels verbessert wird. Denn diese Lichtstärkeverteilung weist an ihrem Rand (d.h., bei großen Winkelbeträgen) Schultern auf. Diese Schultern sind unerwünscht, da sich die Auslegung der Mikrolinsenplatte nach der Gesamtbreite der Lichtstärke¬ verteilung richtet, wie bereits oben erläutert. Diese
Schultern können stark reduziert werden, indem in der Mitte des Verteilerspiegels der nichtreflektierende Bereich
vorgesehen wird. Es wurde also überraschenderweise
herausgefunden, dass das Licht, das von der Spitze des Verteilerreflektors reflektiert wird, die breiten Schultern der Verteilung erzeugt. Durch selektives Vernichten oder Streuen dieses Lichtes können die Schultern vermieden werden. Der nichtreflektierende Bereich kann beispielsweise durch eine lichtabsorbierende oder diffus streuende Blende
umgesetzt sein. Beispielsweise mag dazu in der der Linse zugewandten Mitte oder Spitze des Verteilerreflektors ein Loch ausgespart oder eine Abflachung eingebracht sein und dieses bzw. diese mit einer Blende abgedeckt sein.
Der dem Verteilerreflektor optisch nachgeschaltete
Hauptreflektor mag insbesondere die Linse und den
Verteilerreflektor seitlich umlaufend umgeben. Dies ergibt eine besonders flache Bauform bzw. eine geringe Bauhöhe.
Der Hauptreflektor mag insbesondere eine schalenförmige
Reflektorfläche aufweisen. Er mag insbesondere als ein
Hohlspiegel ausgebildet sein. Die optische Achse des
Hauptreflektors mag insbesondere mit der optischen Achse des Lichtgenerators, der optischen Achse der Linse und der optischen Achse des Verteilerreflektors entsprechen. Der Hauptreflektor und/oder der Verteilerreflektor können beispielsweise aus Aluminium mit eloxierter oder bedampfter Oberfläche bestehen. Alternativ dazu ist eine Ausgestaltung als Interferenzspiegel, z.B. aus Kunststoff, möglich. Auch aluminisierte Kunststoffreflektoren oder versilberte
Metallreflektoren sind möglich.
Der Verteilerspiegel ist vorzugsweise mit Hilfe einer
Halterung an der Mikrolinsenplatte befestigt. Auf diese Weise entfallende störende Halterungsteile aus nicht-transparentem Material im Lichtweg.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Mikrolinsenplatte mindestens ein Diffuser optisch nachgeschaltet ist. Dieser dient vorteilhafterweise dazu, die von der Mikrolinsenplatte abgestrahlte Lichtstärkeverteilung zu glätten . Der Diffuser oder Diffusor mag insbesondere als eine Scheibe oder Platte oder als ein Satz aus mehreren hintereinander angeordneten Scheiben ausgebildet sein.
Der Diffuser mag insbesondere als eine Streuscheibe oder als ein Satz aus mehreren hintereinander angeordneten
Streuscheiben ausgebildet sein. Eine herkömmliche
Streuscheibe streut das Licht nur wenig, so dass eine Breite (FWHM) der Lichtstärkeverteilung sich ebenfalls fast nicht ändert. Die FWHM-Breite liegt hier typischerweise bei bis zu 15 Grad.
Es ist eine zur stärkeren Aufweitung des Lichtbündels bzw. zur Vergrößerung der Breite der Lichtstärkeverteilung
bevorzugte Weiterbildung, dass eine stärker streuende
Streuplatte verwendet wird. Die FWHM-Breite kann so
insbesondere auf einen gewünschten Wert in dem Bereich von 15 Grad bis 50 Grad angepasst werden.
Der Diffuser mag insbesondere aus Kunststoff, z.B.
Polycarbonat oder PMMA, oder aus Glas bestehen. Der Diffuser ist bevorzugt ein- oder zweiseitig mattiert. Auch elliptische Streuplatten können verwendet werden.
Der Diffuser mag zusätzlich oder alternativ als mindestens eine klare, strukturierte Platte ausgebildet sein.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Mikrolinsenplatte mindestens ein Wabenfilter optisch nachgeschaltet ist. Ein Wabenfilter mag insbesondere als ein plattenförmiges
optisches Element ausgebildet sein, welches aus parallel zueinander angeordneten Röhrchen aufgebaut ist. Die Röhrchen sind insbesondere senkrecht zu einer Plattenebene ausgerichtet. In Draufsicht auf den Wabenfilter sind die Röhrchen insbesondere wabenförmig miteinander verbunden.
Wabenfilter sind dazu geeignet, die Lichtstärkeverteilung zu verschmälern. Wird ein Wabenfilter in dem Strahlengang hinter der Mikrolinsenplatte angeordnet (ist er also der
Mikrolinsenplatte optisch nachgeschaltet), kann derjenige Lichtanteil, welcher mit der optischen Achse einen kleinen Winkel einschließt, den Wabenfilter fast ungehindert
passieren, wohingegen derjenige Lichtanteil, der mit der optischen Achse einen größeren Winkel einschließt, von den Waben des Wabenfilters absorbiert wird. Dadurch wird die Lichtstärkeverteilung schmaler. Alternativ dazu könnte die Lichtstärkeverteilung mit einem einfachen schwarzen Rohrstück schmäler gemacht werden, was aber den Nachteil einer weit größeren Bauhöhe hätte.
Um beispielsweise Skulpturen zu beleuchten, werden in der Regel elliptische Lichtstärkeverteilungen bevorzugt. Um eine solche bereitzustellen, ist es bekannt, eine sog.
„Skulpturenlinse" vor einem Strahler anzubringen. Die
Skulpturenlinse weitet das Lichtbündel in einer Richtung auf, während die Breite der Verteilung in der Richtung senkrecht dazu nicht oder nur wenig verändert wird.
Um eine elliptische Lichtstärkeverteilung zu erzeugen, kann auch eine Streuplatte verwendet werden, die das Licht in einer ersten Richtung stärker aufweitet als in der Richtung, die senkrecht auf der ersten Richtung steht. Eine solche Streuplatte wird auch als eine „elliptische Streuplatte" bezeichnet .
Die Beleuchtungseinrichtung mag mit einer solchen Skulpturen- linse oder elliptischen Streuplatte ausgestaltet sein. Diese ist bevorzugt im Lichtpfad oder Strahlengang hinter der
Mikrolinsenplatte und - falls vorhanden - hinter der
mindestens einen Streuplatte und/oder dem Wabenfilter angeordnet (und ist also diesen Elementen optisch nachgeschaltet) .
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass der Mikrolinsenplatte mindestens zwei hintereinander angeordnete und gegeneinander verdrehbare Skulpturenlinsen oder elliptische Streuplatten optisch nachgeschaltet sind. Mit den herkömmlichen
Skulpturenlinsen und Streuplatten kann nur jeweils eine bestimmte elliptische Lichtstärkeverteilung erzeugt werde. Durch optisch serielle Kombination von zwei Skulpturenlinsen oder elliptischen Streuplatten lässt sich hingegen eine adaptierbare elliptische Verteilung bereitstellen.
Je nachdem in welchen Winkel die beiden elliptischen
Streuplatten gegeneinander um ihre optische Achse verdreht werden, ergibt sich eine elliptische Verteilung mit anderem Aspektverhältnis, d.h. mit einem anderen Verhältnis von kurzer und langer Richtung der elliptischen Verteilung.
Werden beispielsweise zwei elliptische Streuscheiben so hintereinander angeordnet, dass sie das Lichtbündel in der gleichen Richtung aufweiten, ergibt sich eine noch
länglichere Verteilung. Durch geeignete Wahl des Winkels, um den die elliptischen Streuscheiben gegeneinander verdreht sind, lässt sich jedes Aspektverhältnis zwischen den beiden genannten Extremen einstellen. Die Ausrichtung der Ellipse kann verändern werden, indem man die beiden elliptischen Streuscheiben gemeinsam um die optische Achse dreht, ohne ihre relative Ausrichtung zueinander zu verändern. Die
Ausführungen zu der obigen Ausgestaltung gelten analog für zwei optisch seriell hintereinander geschaltete
Skulpturenlinsen .
Mittels einer Etendue-Betrachtung der Beleuchtungseinrichtung lässt sich bei gegebener Größe der Lichtquelle (hier: des Lichtgenerators) und bei gegebenem Durchmesser der Licht¬ austrittsöffnung der Beleuchtungseinrichtung ein kleinst- möglicher Winkelbereich berechnen, in welchen man das von der Beleuchtungseinrichtung abgestrahlte Licht bringen kann. Bei einem Durchmesser einer (z.B. kreisförmigen) Emissionsoberfläche des Lichtgenerators von beispielsweise 14,5 mm und einem Durchmesser der Lichtaustrittsöffnung des
Lichtgenerators von z.B. 140 mm ergibt sich ein kleinst- möglicher Abstrahlwinkel Wm von ca. 6 Grad gemäß
Wm = aresin (14.5/140) = 5.94... Grad. Bei diesen beispielhaft gegebenen Durchmessern ist mit der beschriebenen Beleuchtungseinrichtung ein FWHM von ca. 7,8 Grad erreichbar, was dem kleinstmöglichen Wert von 6° sehr nahe kommt. Andersherum ausgedrückt, kommt der Durchmesser der Optik (Kollimator, Mikrolinsenplatte und ggf. Streu- scheibe (n) bzw. Wabenfilter) dem bei gegebener Größe der Lichtquelle und gegebenem Abstrahlwinkel kleinstmöglichen Durchmesser nahe, das heißt, die beschriebene Optik ist im Vergleich zu anderen Optiken sehr platzsparend. Nicht nur der Durchmesser, auch die Bauhöhe der Optik ist im Vergleich zu anderen Optiken sehr klein. Der Kollimator selbst mag bei einem Durchmesser von 140 mm beispielsweise nur ca. 30 mm bis 35 mm hoch ausgebildet sein. Dazu kommen noch die Vorsatzplatten (Mikrolinsenplatte und ggf.
Streuscheibe (n) bzw. Wabenfilter) sowie die Dicke des
Lichtgenerators selbst.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur
Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. zeigt als Schnittdarstellung eine Beleuchtungs¬ einrichtung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel ;
zeigt als Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Verlauf ausgewählter Lichtstrahlen;
zeigt als Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
zeigt eine Auftragung einer winkelabhängigen Lichtstärkeverteilung für die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
zeigt als Schnittdarstellung noch einen
Ausschnitt aus der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
zeigt eine Auftragung einer winkelabhängigen Lichtstärkeverteilung für die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel ;
zeigt eine Draufsicht auf eine Mikrolinsen- platte der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel; zeigt eine Ansicht von schräg vorne auf einen Wabenfilter der Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel;
zeigt eine Skizze einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten
Ausführungsbeispiel mit einem entsprechenden Bildfleck;
zeigt eine Skizze einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten
Ausführungsbeispiel mit einer einzelnen
nachgeschalteten elliptischen Streuplatte sowie mit einem entsprechenden Bildfleck; Fig.11 bis 13 zeigen eine Skizze einer Beleuchtungs¬ einrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel mit nachgeschalteten doppelten elliptischen Streuplatten mit einer unterschiedlichen relativen Drehstellung sowie mit einem entsprechenden Bildfleck.
Fig.l zeigt als Schnittdarstellung eine Beleuchtungs¬ einrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Form einer Leuchte 1, z.B. zur Beleuchtung von Kunstgegenständen.
Die Leuchte 1 weist einen Lichtgenerator 2 auf, welcher mehrere flächig verteilt angeordnete Halbleiterlichtquellen in Form z.B. von LED-Chips (o. Abb.) aufweist. Die LED-Chips weisen fünf unterschiedliche Farben auf, d.h., dass sie Licht mit fünf unterschiedlichen Emissionsspektren abstrahlen, z.B. in den Farben rot, grün, blau, bernsteinfarben und weiß. Der Lichtgenerator 2 erzeugt einen Lichtstrom von mindestens 1000 Lumen .
Eine optische Achse 0 des Lichtgenerators 2 ist hier vertikal nach oben ausgerichtet, was in relativer Betrachtung einer Richtung des Lichtgenerators 2 nach vorne entspricht. Das von dem Lichtgenerator 2 erzeugte Licht wird in einen vorderen Halbraum abgestrahlt, welcher sich um bis zu 90° angewinkelt zu der optischen Achse 0 herum erstreckt. Dieser vordere Halbraum entspricht also im Wesentlichen dem Raum vor dem Lichtgenerator 2. Dem Lichtgenerator 2 ist ein mehrstufiger Kollimator optisch nachgeschaltet, welcher aus einer Linse 3 als erster Stufe, einem der Linse 3 optisch nachgeschalteten Verteilerreflektor 4 als zweiter Stufe und einem dem Verteilerreflektor 4 nachgeschalteten Hauptreflektor 5 als dritter Stufe besteht.
Zusammen mit Fig.l wird sich nun auch auf Fig.2 bezogen, welche ausschnittsweise den Verlauf von ausgewählten
Lichtstrahlen R in der Leuchte 1 darstellt. Die von dem Lichtgenerator 2 erzeugten Lichtstrahlen R passieren einen schmalen Luftspalt zwischen dem Lichtgenerator 2 und der Linse 3 und werden bei Eintritt in die Linse 3 gebrochen. Die Lichtstrahlen R passieren die Linse 3 und werden bei Austritt aus der Linse 3 nochmals geringfügig umgelenkt. Die hier gezeigten Lichtstrahlen R treffen fast im rechten Winkel auf die Austrittsseite der Linse 3 und werden daher nur wenig umgelenkt. Die Linse richtet die Lichtstrahlen R auf den Verteilerspiegel 4.
Die Linse 3 mag an der dem Lichtgenerator 2 zugewandten
Unterseite 6 eine z.B. domartige Aussparung aufweisen, in welche der Lichtgenerator 2 zumindest teilweise einführbar ist, um Lichtverluste durch eine seitliche Lichtabstrahlung an der Linse 3 vorbei zu vermeiden. Das unterseitig von dem Lichtgenerator 2 in die Linse 3 eingestrahlte Licht wird vollständig auf den Verteilerreflektor 4 umgelenkt.
Der Verteilerreflektor 4 weist eine spiegelnd reflektierende Oberfläche 7 auf, welche hier eine kegelstumpfartige
Grundform aufweist. Die optische Achse 0 entspricht der
Symmetrieachse des Verteilerreflektors 4. Eine kleinere
Deckfläche 8 ist der Linse 3 zugewandt. Entlang der optischen Achse 0 in Richtung nach oben bzw. vorne weitet sich die reflektierende Oberfläche 7 also geradlinig auf. Sie wirft das einfallende Licht, wie auch in Fig.3 gezeigt, seitlich auf den Hauptreflektor 5, und zwar in einen in Bezug auf den Verteilerreflektor 4 rückwärtigen Halbraum. Die von dem
Verteilerreflektor 4 abgestrahlten Lichtpfade sind also senkrecht zu der optischen Achse 0 und/oder schräg gegen die Richtung der optischen Achse 0 gerichtet.
Nur ein mittiger scheibenförmiger Bereich 9 des Verteilerreflektors 4 reflektiert kein Licht auf den Hauptreflektor 5, sondern absorbiert es oder reflektiert es diffus. Dadurch wird eine Breite der Lichtstärkeverteilung vorteilhafterweise verringert, wie folgend in Bezug auf die Fig.3 bis 6 genauer erklärt werden wird. Der die Linse 3 und den Verteilerreflektors 4 seitlich umlaufend umgebende Hauptreflektor 5 weist eine schalen¬ förmige Grundform auf, die z.B. kugelscheibenförmig oder paraboloid geformt sein mag. Mittels des Hauptreflektors 5 wird das von dem Verteilerreflektor 4 abgestrahlte Licht mit einer geringen Breite, z.B. mit einem FWHM von weniger als 15 Grad, nach oben bzw. nach vorne abgestrahlt. Der gefaltete Lichtpfad innerhalb des Kollimators 3 bis 5 ermöglicht eine hochgradige Strahlkollimation bei geringer Bauhöhe und geringer seitlicher Ausdehnung, z.B. Durchmesser, der Leuchte 1.
Vor dem Hauptreflektor 5 bzw. oberhalb des Hauptreflektors 5 und damit diesem optisch nachgeschaltet befindet sich eine Mikrolinsenplatte 10. Die Mikrolinsenplatte 10 besteht aus einem transparentem oder einem nur geringfügig
lichtstreuenden Material. Sie kann z.B. einstückig
hergestellt sein oder mehrstückig aus identischen Teilen zusammengesetzt sein.
Die Mikrolinsenplatte 10 weist sowohl an ihrer Licht¬ eintrittsseite 11 als auch an ihrer Lichtaustrittsseite 12 Mikrolinsen 13 (siehe Fig.7) bzw. als Mikrolinsen wirkende Volumenbereiche auf. Die Mikrolinsen 13 weisen insbesondere einen Durchmesser von 1 mm oder weniger auf. Die Mikrolinsen 13 sind auf beiden Seiten 11, 12 in einem zueinander
deckungsgleichen Muster angeordnet, so dass die Mikrolinsen 13 der beiden Seiten 11, 12 sich gegenüberliegend angeordnet sind. Dieses Muster wird folgend in Fig.7 genauer
beschrieben .
Der Mikrolinsenplatte 10 ist ein Diffuser in Form einer
Streuplatte 14 nachgeschaltet. Dieser vereinheitlicht eine Farbverteilung weiter. Eine Lichtaustrittsseite 15 der
Streuplatte 14 mag insbesondere einer Lichtaustrittsöffnung der Leuchte 1 entsprechen. Eine Breite FWHM der Lichtstärke¬ verteilung an oder hinter der Lichtaustrittsseite 15 der Streuplatte 14 mag z.B. zwischen 15 Grad und 50 Grad
betragen, aber z.B. auch weniger als 15 Grad.
Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einer Beleuchtungseinrichtung in Form einer Leuchte 16 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Leuchte 16 ist analog zu der Leuchte 1 aufgebaut, außer dass der Verteilerreflektor 17 eine spitze bzw. nicht abgeflachte Reflexionsoberfläche 18 aufweist und damit im Wesentlichen das gesamte von der Linse 3 abgestrahlte Licht auf den Hauptreflektor 5 wirft.
Fig.4 zeigt eine Auftragung einer Lichtstärkeverteilung VI in beliebigen Einheiten über eine Winkelabweichung von der optischen Achse 0 in Grad für die Leuchte 16. Wie eingekreist dargestellt, ergeben sich erkennbare abgeflachte Bereiche oder Schultern 19 am Rand der Lichtstärkeverteilung VI, welche eine Strahlqualität verringern.
Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung noch einen Ausschnitt aus der Leuchte 1 mit dem abgeflachten, nicht reflektierenden Spitzenbereich bzw. mittigen scheibenförmigen Bereich 9 umrandet dargestellt. Dieser kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass eine lichtabsorbierende,
scheibenförmige Blende 20 in eine passende Aussparung 21 in der Spitze des Verteilerreflektors eingesetzt worden ist.
Fig.6 zeigt eine Auftragung einer Lichtstärkeverteilung V2 in beliebigen Einheiten über eine Winkelabweichung von der optischen Achse 0 in Grad für die Leuchte 1. Wie eingekreist dargestellt, sind die Schultern 22 am Rand der
Lichtstärkeverteilung V2 nun signifikant steiler bzw. weniger abgeflacht, was eine Strahlqualität verbessert.
Fig.7 zeigt eine Draufsicht auf eine Lichteintrittsseite 11 oder Lichtaustrittsseite 12 der Mikrolinsenplatte 10 der Leuchte 1 oder 16. Die Mikrolinsen 13 sind in einem
Spiralmuster an der Mikrolinsenplatte 10 angeordnet. Die Mikrolinsen sind nach ihrer Nummer n bezeichnet. Die Mikrolinsen 13 sind hier rein beispielhaft gemäß den folgenden Formeln angeordnet:
1/2
rn Ro n (1) θη = n θ0 (2) Φ = (51/2 +l)/2 * 1.6180339... (3) θ0 = 2π/Φ2 * 137,5° (4) mit r einem Radius und Θ einem Winkel in einem Polarkoordinatensystem, das von einer Mitte des Spiralmusters ausgeht. Die Mitte entspricht der Position der optischen Achse 0. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sich eine beinahe perfekt rotationssymmetrische Lichtstärkeverteilung ergibt . Fig.8 zeigt eine Ansicht von schräg vorne auf einen
Wabenfilter 23 der Leuchte 1 oder 16. Der Wabenfilter 23 mag beispielsweise anstelle der Streuplatte 14 verwendet werden, um eine Breite der Lichtstärkeverteilung zu verringern. Der Wabenfilter 23 ist hier als ein plattenförmiges optisches Element ausgebildet, welches aus parallel zueinander
angeordneten Röhrchen 24 aufgebaut ist. Die Röhrchen 24 sind senkrecht zu einer Plattenebene ausgerichtet und an ihrer Innenseite 25 lichtabsorbierend ausgebildet. Die Röhrchen 24 sind außenseitig wabenförmig miteinander verbunden.
Fig.9 zeigt eine Skizze einer Leuchte 1 oder 16 mit einem entsprechenden scheibenförmigen Bildfleck Bl, der auf einer Bildebene E abgebildet ist.
Fig.10 zeigt eine Skizze einer Leuchte 1 oder 16 mit einer einzelnen nachgeschalteten elliptischen Streuplatte 26 sowie mit einem entsprechenden elliptischen Bildfleck B2. Der Strich LI gibt eine Ausrichtung einer längeren Hauptachse des durch diese elliptische Streuplatte 26 erzeugten elliptischen Bildflecks B2 an. Der elliptische Bildflecks B2 ist hier horizontal verlängert, in der Vertikalen jedoch nicht oder nur geringfügig.
Fig.11 zeigt eine Skizze einer Leuchte 1 oder 16 mit der nachgeschalteten elliptischen Streuplatte 26 und einer dieser Streuplatte 26 optisch nachgeschalteten weiteren elliptischen Streuplatte 27. Dadurch wird der auf die weitere elliptische Streuplatte 27 einfallende elliptische Bildfleck Bl nochmals elliptisch verlängert, und zwar in Richtung des angedeuteten Strichs L2 der weiteren elliptischen Streuplatte 27. Da in dieser Figur beide Striche LI und L2 parallel zueinander ausgerichtet sind (entsprechend einem Drehwinkel von 0 Grad zueinander), ist der hinter den Streuplatten 26 und 27 erzeugte elliptische Bildfleck B3 entsprechend länger als der Bildfleck B2, jedoch weiterhin entlang der Horizontalen. Fig.12 zeigt die Anordnung aus Fig.11, wobei nun jedoch die beiden Drehplatten 26 und 27 zueinander um 90 Grad um die optische Achse 0 verdreht sind (entsprechend einem Drehwinkel von 90 Grad zueinander), also senkrecht aufeinander stehen. Da die Streuplatten 26 und 27 den ursprünglich von der
Leuchte 1 oder 16 ausgehenden kreisförmigen Bildfleck Bl senkrecht aufziehen, ergibt sich insgesamt wieder ein
kreisförmiger Bildfleck B4. Dieser weist jedoch einen
größeren Durchmesser auf als der Bildfleck Bl . Fig.13 zeigt eine Skizze einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel mit
nachgeschalteten elliptischen Streuplatten 26 und 27, welche einen Drehwinkel von mehr als Null Grad, aber weniger als 90 Grad zueinander einnehmen. Der sich hierbei ergebende
Bildfleck B5 ist elliptisch geformt und um den Drehwinkel aus der Horizontalen verdreht. Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugs zeichen
1 Leuchte
2 Lichtgenerator
3 Linse
4 Verteilerreflektor
5 Hauptreflektor
6 Unterseite der Linse
7 reflektierende Oberfläche des Verteilerreflektors 8 Deckfläche
9 mittiger scheibenförmiger Bereich
10 Mikrolinsenplatte
11 Lichteintrittsseite der Mikrolinsenplatte
12 Lichtaustrittsseite der Mikrolinsenplatte
13 Mikrolinse
14 Streuplatte
15 Lichtaustrittsseite der Streuplatte
16 Leuchte
17 Verteilerreflektor
18 Reflexionsoberfläche des Verteilerreflektors
19 Schulter
20 Blende
21 Aussparung
22 Schulter
23 Wabenfilter
24 Röhrchen
25 Innenseite des Röhrchens
26 elliptische Streuplatte
27 elliptische Streuplatte
Bl scheibenförmiger Bildfleck
B2 elliptischer Bildfleck
B3 elliptischer Bildfleck
B4 kreisförmiger Bildfleck
B5 elliptischer Bildfleck
LI Strich
L2 Strich
n Nummer
0 optische Achse r Radius
Θ Winkel
R Lichtstrahl
VI Lichtstärkeverteilung V2 Lichtstärkeverteilung

Claims

Beleuchtungseinrichtung (1; 16), aufweisend
- einen Lichtgenerator (2), welcher mehrere flächig verteilt angeordnete Halbleiterlichtquellen
unterschiedlicher Farbe aufweist,
- einen dem Lichtgenerator (2) optisch nachgeschalteten mehrstufigen Kollimator (3-5) und
- mindestens eine dem Kollimator (3-5) nachgeschaltete Mikrolinsenplatte (10).
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach Anspruch 1, wobei die Mikrolinsenplatte (10) an ihrer Lichteintrittsseite (11) und an ihrer Lichtaustrittsseite (12) Mikrolinsen (13) aufweist, wobei Mikrolinsen (13) der beiden Seiten (11, 12) sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrolinsen (13) in einem Spiralmuster an der Mikrolinsenplatte (10) angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrolinsenplatte (10) aus einem geringfügig lichtstreuenden Material besteht .
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrolinsenplatte (10) aus mehreren gleichgeformten Stücken
zusammengesetzt ist.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kollimator (3-5) eine Linse (3) , einen der Linse (3) optisch
nachgeschalteten Verteilerreflektor (4) und einen dem Verteilerreflektor (4) nachgeschalteten Hauptreflektor (5) aufweist. Beleuchtungsemrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei ein nichtspiegelnder Bereich (20) des Verteilerreflektors (4) um die optische Achse (0) der
Beleuchtungseinrichtung (1) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mikrolinsenplatte (10) mindestens ein Diffuser (14) optisch nachgeschaltet ist .
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mikrolinsenplatte (10) mindestens ein Wabenfilter (23) optisch
nachgeschaltet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mikrolinsenplatte (10) mindestens zwei hintereinander angeordnete und gegeneinander verdrehbare elliptische Streuplatten (26, 27) optisch nachgeschaltet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtgenerator (2) einen Lichtstrom von mindestens 1000 Lumen erzeugt.
Beleuchtungseinrichtung (1; 16) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Summenfarbort des von der Beleuchtungseinrichtung (1) abgestrahlten
Summenlichts variierbar ist.
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