WO2023078600A1 - Optische vorrichtung für die desinfektion oberer luftschichten in einem raum - Google Patents

Optische vorrichtung für die desinfektion oberer luftschichten in einem raum Download PDF

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WO2023078600A1
WO2023078600A1 PCT/EP2022/075386 EP2022075386W WO2023078600A1 WO 2023078600 A1 WO2023078600 A1 WO 2023078600A1 EP 2022075386 W EP2022075386 W EP 2022075386W WO 2023078600 A1 WO2023078600 A1 WO 2023078600A1
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light source
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optical device
radiation
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PCT/EP2022/075386
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Ulrich Hartwig
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Osram Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device for the disinfection of the upper air layers in a room which is used, for example, by people, in particular also to prevent infection with pathogens.
  • Such devices usually use ultraviolet radiation, in particular UV-C radiation, to inactivate or kill germs or pathogens such as bacteria, bacterial spores, viruses or viroids, fungi, fungal spores or algae etc. from the room air.
  • UV-C radiation In the case of wall-mounted UV-C devices or mobile UV-C devices frequently used for this purpose, air can be removed from the relevant rooms, exposed to the UV-C radiation during processing and finally fed back to the relevant room.
  • a wavelength range corresponding to UV-C radiation extends from 100 nm to 280 nm. Other wavelength ranges such as those of UV-A or UV-B radiation are not excluded.
  • low-pressure mercury vapor lamps can be used which emit radiation or light with a wavelength of 254 nm, which is used, for example, for virus inactivation, since the virus nucleic acid is attacked in this case. After a large number of cycles, this treatment can reduce the germ load in the affected rooms by more than 99%.
  • medium pressure mercury lamps or pulsed xenon arc lamps have also been used in devices for UV-C germ killing. Current devices mostly use UVC low-pressure lamps. Efforts have also been made recently to use UV-C LEDs.
  • UV-C ultraviolet-C radiation
  • UUV Upper Air or Upper Room GUV Device
  • UV-C disinfection installed at a height of e.g. approx. 2.1 m (equivalent to 7 feet) are installed in such a way that they only disinfect the air above their own height. They emit the UV-C radiation to the outside directly into the room above the people who may be in it. The overall disinfection of the room air takes place through natural air circulation.
  • FIG. 1 An overview of disinfection using such devices is shown in Figure 1, which, with minor revision, is adapted from ASHRAE Handbook - HVAC Applications (ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, 2019, Handbook — HVAC Applications, Chapter 62.6 .USA, Atlanta, GA.).
  • the graph shows room depth dhoriz (measured from the projected position of the device on the ground, in units of 0.3048 m or feet) along the abscissa and room height dhoriz measured along the ordinate from the floor of the room, in units of 0.3048 m or feet.
  • the conventional optical device 1000 is installed at a height of about 2.1 m.
  • the reference symbols 1010, 1020, 1030, 1040 and 1050 designate lines of the same local irradiance (1010: 200 pW/cm 2 , 1020: 100 pW/cm 2 , 1030: 50 pW/cm 2 , 1040: 20 pW/cm 2 , 1050: 10 pW/cm 2 ).
  • Numeral 1060 denotes an area where the irradiance is still over 0.2 pW/cm 2 . In the zone active for disinfection, the irradiance should exceed a minimum value of 10 pW/cm 2 in order to be sufficiently effective. Below the active zone is the so-called safe zone. People should be able to stay longer here (e.g.
  • the irradiance should generally be below 0.2 pW/cm 2 .
  • the UV-C radiation is directed essentially horizontally with a slight upward tilt so as not to interfere with the safe zone with UV-C radiation.
  • the irradiance decreases significantly due to increasing distance from the device. With a higher lamp power, disinfection can be achieved in greater room depth.
  • UV-C low-pressure lamps Due to the use of UV-C low-pressure lamps in conventional devices, which have a comparatively large etendue and consequently low radiance, it is necessary to use reflectors and slats in order to keep the radiation in the narrow zone indicated in FIG. 1 under the ceiling . Those portions of the radiation that leave the reflectors of the device at larger angles (upwards or downwards relative to the horizontal plane) can be absorbed by the slats. However, this in turn leads to efficiencies that are generally below 10%.
  • the resulting high power consumption with a low long-distance effect and the highly unequal distribution of the irradiance in the area of the ceiling also have a negative effect on the cost-effectiveness of the devices - a higher number of devices is required per ceiling area - and also on the complexity of the disinfection concept for one given space.
  • the starting point is an optical device with a light source unit and a reflector.
  • the optical device emits its radiation in the UV wavelength range, preferably in the UV-C wavelength range, in a substantially horizontal direction—with a slight inclination toward the ceiling—but in a much larger solid angle (at least viewed in the vertical direction). Direct emission of ultraviolet light from the light source unit into the room is not provided. Rather, this task is performed by the reflector.
  • the light source unit comprises a light-emitting surface that defines a light source plane and is set up to emit radiation in a UV wavelength range, in particular the UV-C wavelength range (e.g. 100 nm - 280 nm).
  • UV-A or UV-B radiation can also be used, in particular in connection with photocatalysis, if the ceiling is coated with titanium dioxide, for example. Aspects provide for a fairly large area to be irradiated, so that a good catalytic effect can potentially also be achieved in this case.
  • the light-emitting surface designates that surface of the light source unit through which the light generated by it is emitted. It can be, for example, a light exit surface of an optical element connected downstream of an LED, for example, or directly an active surface of an LED if no further optical element is provided.
  • the light-emitting surface lies in the plane of the light source and can span this.
  • the light-emitting surface set up to emit the radiation in an angular range a, ß, y, ö relative to a skin emission direction Z, which is perpendicular to the specified light source plane. It is understood that because the light-emitting surface defines a plane, the angular range can be a maximum of 90°.
  • the arrangement is preferably made in a way in which the skin emission direction Z coincides with the room height direction (eg the direction of the ordinate in FIG. 1 ).
  • the light-emitting surface emits its radiation at most in a half-space directed downwards to the floor.
  • the light source unit has a light source that includes one or more UV LEDs, in particular UV-C LEDs.
  • the light-emitting surface could then be formed, for example, by the surface of the light sources.
  • the reflector is arranged at a predetermined distance from the light-emitting surface in the skin emission direction Z. It receives the radiation emitted by the light-emitting surface and reflects it as intended, at least in the opposite direction to the main emission direction Z. This means that the reflected UV radiation has at least one directional component in the Z-direction, which points back in the direction of the light source plane of the light-emitting surface.
  • the reflector also has a free form with regard to the design of its reflecting surface.
  • the term freeform describes a technique with which freely definable, optically effective surfaces can be manufactured very precisely. This technology is used in a wide variety of production processes.
  • the term freeform stands for the technical possibility of producing mirror surfaces with an unconventional three-dimensional shape, which does not rule out the possibility of finding an exact mathematical formulation for the geometric shape.
  • the free form is designed in such a way that the radiation reflected by the reflector is thrown onto a surface to be irradiated that is defined in the room.
  • the room itself is not part of the optical device, it can initially be a virtual surface which is in a given position relative to the reflector and the light source unit. This surface now extends counter to the main emission direction Z—seen from the reflector—beyond the plane of the light source.
  • the area to be irradiated extends completely over it.
  • the area to be irradiated can preferably be the ceiling itself - or a limited part thereof.
  • the surface can be flat or curved or stepped, but it is always above the level of the light source.
  • the free form of the reflector is now designed in such a way that a distribution of the irradiance of the radiation thrown onto the surface by the reflector is essentially homogeneous within the surface. This in no way represents the expression of a mere wish for a result to be achieved. Rather, the inventor applied a concept to the current problem in this regard, which is from the publication Ries, H & Muschaweck, J.: "Tailored freeform optical surfaces" in J .Opt.Soc. At the. A/ Vol. 19, No. 3/ March 2002 is known.
  • optical free-form surfaces which are embedded in three-dimensional space and do not have to have any symmetry, are designed in such a way that they redistribute the radiation from a given, very small light source onto a given reference surface in order to achieve a specified irradiance distribution on this surface.
  • the shape of the free-form optical surface is found by solving a series of partial nonlinear differential equations. In most cases there are only a few topologically distinct solutions when appropriate boundary conditions are given. For the present, somewhat simpler case of a highly homogeneous distribution, it could be determined that, as a rule, there is even only one single solution for the three-dimensional design of the free form.
  • the free form is practically unequivocally defined, or, in exceptional cases, is available from more than one topological solution, at least from a selection of countable, very few solutions.
  • the free form can be determined with the aid of a computer and then produced.
  • the optical device can be used with particular advantage for disinfecting the upper air layers in a room.
  • the light-emitting surface only radiates into a half-space around the main emission direction Z, which corresponds to the optical axis, preferably in an even narrower cone-shaped space around the main emission direction Z.
  • the optical free form of the reflector throws the radiation back laterally onto a Surface above the plane of the light source, defined by the essentially horizontal orientation of the light-emitting surface.
  • the surface can be part of the ceiling. This is irradiated through the free form with a homogeneous distribution of the irradiance there. As a result, local maxima are avoided, unlike in the past.
  • FIG. 1 does not show the effect of a reflective ceiling.
  • the optical device would have to be installed at a greater height and possibly have to radiate more flatly in order to achieve a more uniform distribution over the area of the ceiling.
  • this approach is limited by the absolute ceiling height.
  • exemplary embodiments of the invention allow the application of the optical device even in the case of low ceiling heights, without interfering with the safe zone. This also improves the economy.
  • the use of the light-emitting surface described results in the advantage that very small light source units can be implemented.
  • this relates in particular to UV LEDs, preferably UV-C LEDs, which provide a high radiance or a low etendue.
  • the free form can be meaningfully calculated and used at all.
  • this reduces the power consumption with increased efficiency.
  • the reflector can be irradiated at extremely close range.
  • the corresponding surfaces to be irradiated can also be placed adjacent to one another, so that the entire surface of the ceiling is covered.
  • the areas to be irradiated can be well delimited by the design of the free form, i.e. where they are irradiated, the irradiance is homogeneous and outside the irradiance falls to negligible values in comparison.
  • FIG. 1 there are usually no clear delimitations and in this respect no firm information can be given about the ranges of the respective optical devices.
  • the light source unit comprises an optical element or several optical elements, which is or are assigned to the one or more UV LEDs or UV-C LEDs, the light-emitting surface being covered by the one or the plurality of optical elements is formed.
  • the angular range in which the light-emitting surface emits radiation relative to the main emission direction Z can be further reduced.
  • the one or more optical elements can comprise a lens in order to achieve the effect described.
  • a further alternative can consist, for example, in the optical element comprising a light-absorbing ring which encloses a central region with the light-emitting surface.
  • the absorbing ring picks up and absorbs radiation that is emitted at large angles (relative to the main radiation direction).
  • the geometry of the ring is not restricted. It can be a circular ring or a rectangular or square ring. Other shapes are also possible. In contrast to the taper suggested above or the lens, the power losses are greater here due to the absorption and the efficiency is lower.
  • the light-emitting surface has a width in a first direction X perpendicular to the main emission direction Z and a length in a second direction Y perpendicular to the main emission direction Z.
  • the two directions X and Y are also perpendicular to one another. Together they span the light source level. The length is greater than the width.
  • the length of the light-emitting surface in the first direction X can be 16 mm or less, preferably 8 mm or less, more preferably 4 mm or less, as a maximum estimate.
  • the width of the light-emitting surface in the second direction Y may be 2 mm or less, preferably 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, as a minimum estimate.
  • the extent of the light-emitting surface in the direction transverse to the second direction Y can definitely be selected to be significantly larger without the condition that the irradiance being distributed homogeneously in the surface to be irradiated having to be impaired is. This makes it possible to bring significantly more radiation onto the surface without significant losses.
  • an aspect ratio of the length to the width can be 32 or less, preferably 16 or less, more preferably 12 or less.
  • the aspect ratio of the length to the width can be 2 or more, preferably 4 or more, more preferably 6 or more.
  • the one or more optical elements and the light-emitting surface can be set up to emit radiation in a first angular range ⁇ , ⁇ relative to the skin emission direction Z within a plane spanned by the first direction X and the skin emission direction Z, with an angle of the first Angular range a, ß is at most 30° or more, preferably 45° or more, and 90° or less, preferably 85° or less.
  • the degree of homogeneity of the irradiance can be further improved by selecting the radiation angle in the X direction, which is correspondingly reduced compared to the full hemisphere, transverse to the plane spanned by the Y and Z directions, which at the same time can preferably represent the only plane of symmetry of the projection system .
  • the one or more optical elements and the light-emitting surface can be set up to emit radiation in a second angular range ⁇ , ⁇ relative to the skin emission direction Z within a plane spanned by the second direction Y and the skin emission direction Z, with a Angle of the second angular range ⁇ , ß is a maximum of 30 ° or more, preferably 45 ° or more, and 90 ° or less, preferably 70 ° or less.
  • the predetermined distance between the light-emitting surface and the reflector in the main emission direction Z can be a maximum of 20 mm or less, preferably 10 mm or less, and 2 mm or more, preferably 4 mm or more. These low values for the distance allow a particularly compact design.
  • the free form of the reflector is designed in such a way that the surface to be irradiated with a homogeneous distribution of the irradiance essentially extends in a second direction Y perpendicular to the main emission direction Z, starting from an axis parallel to the main emission direction, which also extends through the light emitting surface extends through the.
  • the surface to be irradiated is, for example, a ceiling (possibly including possible parts of the upper side walls)
  • the free-form results in irradiation in a lateral direction and upwards towards the ceiling.
  • the optical device Projected onto the ceiling of the room, the optical device can therefore be located at the edge of the irradiated area. This makes it possible, for example, to combine several optical devices in order to radiate in different directions, starting from a common point in space near the ceiling.
  • the surface to be irradiated extends essentially parallel to the light source plane.
  • a ratio between the length of the area to be irradiated in the second direction and a distance of the area to be irradiated from the light source plane can be, for example, 15 or less, preferably 10 or less. Further, the ratio may be 2.5 or more, preferably 5 or more.
  • a ratio between the width of the area to be irradiated in the first direction X and the distance of the area to be irradiated from the light source plane can be 15 or less, preferably 10 or less, and 2.5 or more, preferably 5 or more.
  • the free form of the reflector can be mirror-symmetrical with respect to a plane that is spanned by the main emission direction Z and the second direction X (ie the XY plane).
  • the free form can, for example, have a height in the main emission direction Z in a range of 15 mm to 90 mm, a width in the first direction X in a range of 40 mm to 180 mm, and a length in the second direction Y in a range of 50 mm to 250 mm.
  • the optical device can also have a blocking element that absorbs or reflects radiation that, due to its emission angle, goes beyond an edge of the free form of the reflector, starting from the light-emitting surface.
  • the blocking element can optionally extend around the entire edge of the free form. This avoids the radiation emitted from the light-emitting surface reaching the safe zone directly or narrowing it.
  • FIG. 1 shows in a diagram the effect of an optical device for disinfecting upper air layers in a room according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an optical device according to an exemplary embodiment, which irradiates an area of a room ceiling above a safe zone;
  • 3 shows an optical device according to an embodiment with a light-emitting surface (a light source unit) and reflector in a side view (top), top view (bottom left) and front view (bottom right), with definition of the coordinate axes in the directions X, Y, and Z;
  • 4 shows a table with specified data for the surface to be irradiated (length, width) in relation to the distance from the optical device and for the emission angle of the light-emitting surface and the distance between this and the freeform in the Z direction, and with the resulting the data resulting from the free form (length, width, height) in order to achieve a homogeneous irradiance over the area to be irradiated;
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an angular range y, ⁇ of the radiation from the light-emitting surface in the YZ plane from FIG. 3;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an angular range ⁇ , ⁇ of the emission from the light-emitting surface in the XZ plane from FIG. 3;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a plan view of an exemplary embodiment of the light-emitting surface extending in the XY plane with a basically elongated, rectangular outline in the X-direction;
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a plan view of a closed light source of the light source unit extending in the XY plane according to an embodiment
  • FIG. 9 is a schematic representation of a plan view of a light source of the light source unit, which light source extends in the XY plane and has a row of individual light sources, according to an alternative exemplary embodiment to FIG. 8;
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a top view of a light source of the light source unit extending in the XY plane, which has a row of individual light sources separated from one another by a gap, according to an exemplary embodiment modified compared to FIG. 9;
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a plan view of a light source of the light source unit extending in the XY plane, which has a two-row matrix of individual light sources, according to a further embodiment that is modified compared to FIG. 9;
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a side view (on the YZ plane) of an optical element arranged in front of the light source (as in one of those shown in FIGS. 8 to 11) and designed as a taper, which provides a light-emitting surface on the opposite side, according to an exemplary embodiment ;
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a side view as in FIG. 12, but on the XZ plane;
  • FIG. 14 shows a schematic representation of a side view (e.g. on the YZ or XZ plane) of an optical element arranged in front of the light source and designed as a CPC, which is designed for a single light source (as shown in FIGS. 9 to 11), according to an alternative embodiment to Figures 12 and 13;
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a side view (e.g. on the XZ plane) of a multiplicity of optical elements according to FIG. 14, each arranged in front of the individual light sources from FIGS. 9 to 11 and designed as a CPC;
  • FIG. 16 shows a schematic representation of the beam path in the optical element or the respective optical elements from FIG. 14 or 15;
  • Fig. 17 shows a schematic representation of a side view (e.g. the YZ plane) of an optical element arranged in front of the light source and designed as a lens, which is designed for each individual light source (as shown in Fig. 9 to 11), according to one of the 12 to 16 alternative embodiment;
  • Fig. 18 shows a schematic representation of a side view (e.g. the YZ plane) of an optical element arranged in front of the light source and designed as a ring absorbing light from the outside, which for each individual light source (such as shown in Figures 9 to 11) according to an alternative embodiment to Figures 12 to 17;
  • FIG. 19 shows a schematic representation of a plan view of the optical element from FIG. 18;
  • FIG. 20 shows a schematic representation of a cross section in the YZ plane (plane of symmetry) through the optical device with a blocking element indicated on the outside according to a further exemplary embodiment
  • 21 shows a schematic representation of the arrangement of the light-emitting surface and reflector relative to the surface to be irradiated on the ceiling of the room;
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an optical device 10 according to an embodiment, which irradiates an area 915 (of predetermined length and width) of a room ceiling 910 above a safe zone, which is represented by the dot-dash line 920 (or the line 920 spatially represents their upper limit).
  • the height of line 920 should be at least greater than its length.
  • the optical device 10 emits its radiation 300 laterally in one selected angular range in a substantially horizontal direction with a vertically upward component.
  • the irradiance is sometimes more than 10 pW/cm 2 or 100 mW/m 2 , which is to be regarded as the minimum condition for sufficient germ killing in the air layers located therein.
  • the optical device 10 is configured in terms of its structure and spatial arrangement in such a way that the surface 915 lying obliquely above it is irradiated with a homogeneous distribution of the irradiance there.
  • the room ceiling 910 or the area 915 to be irradiated can be viewed ideally as a Lambertian radiator with a reflectivity R of 0.3.
  • the area to be irradiated can be specified with a length and width of 5 m each.
  • a permissible upper limit of about 0.167 W can be determined for the power of the emitted radiation.
  • radiation contributions from any reflecting walls are disregarded.
  • the example shows, however, that an approach provided according to the aspects and exemplary embodiments proposed here, in which the UV radiation 300 is directed through a reflector against the ceiling from which it is reflected, on the one hand effectively disinfects a sufficient volume of air and on the other hand to none impairment of the safe zone.
  • even low radiation powers can be used and are sufficient.
  • the low upper limits for the radiant power which are estimated here purely as an example, are compatible with the use and UV LEDs, and in particular the available UV-C LEDs.
  • Fig. 1 shows that in the conventional device 1000, at a horizontal distance of about one meter (3 to 4 feet) from the position of the optical device, the corresponding area 1060 is shifted furthest down. The local maximum restricts the overall safe zone, or in other words: if this shift is too pronounced due to the local maximum, the optical device must be mounted even higher in the room in order to ensure a sufficient height for the safe zone.
  • an optical device 10 is shown according to an embodiment, the z. B. in Fig. 2 can be used.
  • the optical device comprises a light source unit 120, of which only a light-emitting surface 100 is shown, and a reflector 200.
  • the upper part of FIG. 3 shows the side view, the lower left is a plan view and the lower right is a front view.
  • a Cartesian coordinate system with directions X,Y,Z is denoted by reference numeral 900 in this figure and in all subsequent figures.
  • the Z-direction is the vertical direction in space and coincides with the main emission direction Z of the light-emitting surface 100, which, however, points vertically downwards.
  • the light-emitting surface 100 is fixed to a light source plane 105 which is perpendicular to the main emission direction Z and is correspondingly spanned by a first X direction and a second Y direction.
  • the light-emitting surface 100 Opposite the light-emitting surface 100 is a free form of the reflector 200, which reflects the radiation 300 emitted by the light-emitting surface 100 in accordance with its three-dimensional shape.
  • the free form of the reflector 200 has a shell-like structure that opens in the second direction Y and, according to this specific exemplary embodiment, occupies exactly one mirror or symmetry plane that extends in the YZ plane, and in which the light-emitting surface 100 located. According to other exemplary embodiments, this mirror symmetry can be omitted.
  • the shape and size of the free form of the reflector 200 is given by the requirement, an optimal adaptation to a largely or even highly homogeneous irradiation of the surface 915 on the ceiling 910 and at the same time To achieve detection as possible of the entire radiation 300 emanating from the light source plane 105 . With reference to FIG. 20, measures are described below that take place when not all of the radiation can be detected.
  • the size of the free form can be characterized by parameters such as a height 201 in the main emission direction Z, a width 202 in the first direction X, and a length in the second direction Y.
  • the specific three-dimensional form as such cannot be specified in simple notation and as a rule can be determined by programming, not only according to the exemplary embodiments shown here.
  • the distance 199 of the light-emitting surface 100 from the free-form surface of the reflector 200 along the main emission direction Z as well as the angular range a, ß (in the XZ plane), or y, ö (in the YZ plane) relative to the skin emission direction Z, in which the light-emitting surface 105 emits the radiation 300 in the direction of the free form (see Figs 5 and 6).
  • the surface 915 to be irradiated (as one of the specifications for the calculation of the free form) is oriented on the ceiling 910 in such a way that the comparatively small-sized light-emitting surface 100 is projected along (or exactly opposite) to the main emission direction Z the plane of the ceiling 910 falls on the edge of the area 915 to be irradiated.
  • This is not mandatory, but has the advantage that the surface 915 is exactly the optical device 10 extends into space, which significantly facilitates configuration in space for the user. Wall mounting is also possible.
  • a table 1 is given in FIG. 4, which in columns 1 to 5 reflects some of the default parameters mentioned with the values selected therein. While the effect of the homogeneous radiation of the surface 915 can be specified for the three-dimensional design of the free form, concrete values from the calculation can be supplied at least for the height 201, the width 202 and the length 203, which can each be clearly derived from the specified parameters result. For 13 different constellations of length, width and distance of the surface 915 as well as corresponding emission angle ranges ⁇ , ⁇ (in the XZ plane) and y, ⁇ (in the YZ plane), these are specified in Table 1 as examples. Typical dimensions of the reflector 200 are listed in Table 1, but the actual dimensions can also vary slightly by up to ⁇ 20% or even more.
  • the optimum free form can be calculated for the given parameters.
  • the area 915 to be irradiated can be scaled proportionally with the length 911 and the width 912 .
  • the reflector 200 designed as a free form can be adapted to other target areas by changing the distance to the ceiling 910 of the room.
  • the aspect ratio of the surface 915 to be irradiated can also be adjusted by tilting to the Z-direction. Valid tilt angles should be less than 5°, preferably less than 2°. 5 and 6 illustrate in a schematic representation the angular ranges ⁇ , ⁇ and ⁇ , ⁇ of the radiation from the light-emitting surface 100 in the YZ plane and the XZ plane from FIG.
  • the angles are y, ö on the one hand and a, ß on the other are identical to one another (see also Table 1, ideal cone), but can in principle also be selected differently.
  • the length 102 of the light-emitting surface 100 in the first direction X and the width 101 in the second direction Y are shown in FIGS. 5 and 6 and in particular also in the top view of FIG.
  • Optimum results of a homogeneous irradiance in the area 915 are obtained when the length 102 is no more than 4 mm and the width 101 is no more than 0.5 mm.
  • the optimum aspect ratio is between 6 and 12 including these marginal values.
  • Optimum values for the maximum beam angle y, ö relative to the main beam direction Z are in a range from 45° to 70° and for the maximum beam angle a, ß relative to the main beam direction Z they are in a range from 45° to 85°.
  • Reference numerals 301, 302, 303 and 304 in FIGS. 5 and 6 designate the radiation emitted from the light-emitting surface 100 at the greatest possible angle.
  • the specified ranges of values represent optimum results for the light-emitting surface 100. However, other ranges of values are also specified in the preceding description, which also reflect still preferred results for the optical device 10.
  • FIG. 8 shows a schematic top view of a closed coherent light source 150 of the light source unit extending in the XY plane according to an exemplary embodiment.
  • the light source 150 has a length 152 in the first direction X and a width 151 in the second direction Y.
  • the aspect ratio corresponds approximately to that of the light-emitting surface 100.
  • the light source 150 itself can provide the light-emitting surface 100 , which emits its radiation 300 directly onto the reflector 200 .
  • the light source in FIG. 8 can also be an elongated, individual UV LED, in particular a UV-C LED.
  • FIG. 9 shows an alternative exemplary embodiment in a plan view of a light source 150 of the light source unit 120 extending in the XY plane, which, unlike in FIG. 8, has a row of individual light sources 154 directly adjacent to one another.
  • These are preferably individual UV LEDs, in particular UV-C LEDs. With an optimal aspect ratio between 6 and 12 and square LEDs, a row of 6 to 12 LEDs is therefore possible.
  • UV-C LEDs with wavelengths of the light they emit in the range of 260 - 280 nm, dimensions of the LED chips in the range of 0.2 x 0.2 mm 2 to 1 .0 x 1 .0 mm 2 and Powers in the range of 10 mW - 150 mW in question.
  • FIG. 9 A modification of the embodiment shown in FIG. 9 is illustrated in FIG.
  • the light source 150 of the light source unit 120 which also extends in the XY plane, has a row of individual light sources 154 separated from one another by a gap. This makes it possible to set up individual primary optics (optical elements 162, see in particular FIG. 15) for each of the individual light sources 154.
  • FIGS. 9 and 10 can be applied to two or more row matrix-like arrangements of individual light sources 154 (UV LEDs or specifically UV-C LEDs), as can be seen in FIG. In these arrangements, it is even possible to deviate from the mere rectangular shape of the light source 150 in a top view of the XY plane, in order to enable advantageous geometric configurations of the light-emitting surface 100 .
  • individual light sources 154 UV LEDs or specifically UV-C LEDs
  • the light source unit 120 shows an exemplary embodiment of the light source unit 120 with a light source 150 and an associated optical element 161, which is designed as a rod-shaped light guide (taper) that widens in cross-section.
  • the light guide can be formed from a solid material, in particular from a UV-resistant glass (quartz glass, sol-gel glass or cavity-coated aluminum). Other materials, possibly also UV-resistant plastics, can be made.
  • the cross section in the XY plane is adapted to the geometry of the light source 150 .
  • the surface of the optical element 161 opposite the light source 150 can form the light-emitting surface. In principle, it is also conceivable that further optical elements connect (combination of several optical elements).
  • the dimensions of the light-emitting surface 100 should be selected in relation to the emitter surface of the individual light sources 154 in such a way that the etendue is preserved as far as possible.
  • this generally means that the dimension x e of the emitter of the individual light source 154 and the dimension x s of the light-emitting surface 100 should behave as follows, viewed in the X direction: x e ⁇ x s ⁇ sin((a + ß )/2), and analogously in the y-direction: y e ⁇ y s ⁇ sin((y + ö)/2).
  • FIGS. 14 to 16 show an alternative embodiment of a light source unit 120 to FIGS. 12 and 13. FIG. It is compatible with those row-by-row arrangements of individual light sources 150 shown in FIGS. 9-11.
  • Each of the individual light sources 150 is individually assigned its own optical element 162, which is designed as a CPC (Compound Parabolic Concentrator, example of non-imaging optics).
  • the totality of these light exit surfaces forms the light-emitting surface 100.
  • the light-emitting surface 100 therefore needs also not necessarily to be coherently formed.
  • the light exit surfaces preferably form the light source plane 105 .
  • the path of the radiation 300 in FIG. 16 illustrates once again how the emission angle can be reduced compared to 90° (while maintaining the etendue) by enlarging the light exit surface compared to the light entry surface (through a taper).
  • FIG. 17 A further exemplary embodiment of a light source unit 120 is shown in FIG. 17 .
  • an optical element 163 which is designed as a lens is provided opposite the light source 150 or each individual light source 154 .
  • Lenses can be used in particular as individual primary optics for an array of emitters (individual light sources 150, UV LEDs, UV-C LEDs).
  • the lenses can also be used to achieve a reduced angle of radiation, as can be seen from the course of the radiation in FIG.
  • the individual light exit surface is curved in this case. However, due to its arrangement, the surface composed of the multiplicity of individual lenses forms a plane as a result, which is referred to herein as the light source plane 105 . If there is only a single lens as the optical element 163, the light source plane 105 is defined by a plane that is perpendicular to the corresponding optical axis and rests on the light exit surface of the lens.
  • optical elements 161 and 162 can also serve as optical elements (not shown).
  • a light source assembly 120 having an optical element 164 formed as a light absorbing ring formed, for example, from a metal such as aluminum or steel with an internal hole.
  • the edge can also be coated reflectively towards the inside, in which case the inner edge surface can be designed conically, if necessary, in order to reduce the emission angle.
  • the purpose of the absorbing ring is to adapt the angles of the exiting radiation 300 to the requirements existing with respect to the light source plane 105 from the reflector 200 side. It can also be an absorbent act rectangular tube. The safety of the device as a whole can be improved by such absorbing elements by avoiding horizontally escaping radiation.
  • the optical elements 161, 162, 163 and/or 164 can also be combined, e.g. B. rods or lenses and absorbing rings.
  • FIG. 20 shows a cross section through optical device 10 with light source unit 120 and reflector 200.
  • FIG. 20 shows an optional blocking element 400 that extends around the edge of reflector 200.
  • FIG. The rays 311 and 312 denote the edge of the radiation field with the greatest possible deflection in the reflection.
  • the blocking element 400 has sections 411 and 412 in cross section, which ensure that larger deflection angles of these marginal rays 311 and 312 do not go beyond a predetermined range, for example due to manufacturing tolerances or assembly errors, but are absorbed by the blocking element.
  • the weak dash-dotted line connecting the sections 411 and 412 is purely schematic and not part of the cross-section: it is only intended to clarify that the blocking element 400 can surround the edge of the reflector 200 in a continuous manner.
  • the light source plane 105 defined by the light-emitting surface 100 extends horizontally in space and parallel to the ceiling 910.
  • the light source plane 105 has a Distance 901 to the room ceiling 910 or to the surface 915 to be irradiated that is predetermined therein.
  • a lower edge of the reflector 200 forms a highest position for the safe zone in the room, denoted by the horizontal surface or line 920 in FIG Surface 915, the irradiance by the reflected radiation 950 (see Fig. 2) does not decrease as quickly with increasing distance 902 from the ceiling of the room.
  • the light source 150 has the dimensions 4 x 0.5 mm.
  • the distance 199 from the light source 150 to the reflector 200 is 10 mm.
  • the light source 150 has an output of 1 W.
  • a histogram of the values determined for all surface elements of the surface 915 is plotted on the right-hand side in a double logarithmic representation. The histogram values are given in units of W/mm 2 .
  • the predominant part of the surface elements in the area 915 has an irradiance of 3.51 to 10.4 pW/cm 2 .
  • the room ceiling 910 or the surface 915 to be irradiated can be coated with a photocatalytically active layer.
  • This layer may comprise titanium dioxide, for example.
  • the individual light sources 154 described above can certainly also be in the form of UV-A LEDs or UV-B LEDs, which emit light in the corresponding wavelength ranges. Combinations of all the LED types mentioned are also conceivable.
  • the UV light radiated in by the optical device forms radicals on the surface, for example of the titanium dioxide layer, which are able to decompose organic substances, including germs or viruses, and to oxidize gaseous substances.
  • the optical device 10 can have further components such as control electronics (not shown).
  • the control electronics can contain a dimmable LED control circuit. With the dimming function, the device can be set for an optimal germ-inactivating effect and at the same time meet the requirements of the safety zone. Since the optical properties of the ceiling 910 and the walls are not the same everywhere, the driver current can be set by the control electronics in such a way that the safety requirements during installation are still met.
  • the optical device 10 can have a cooling system (not shown). It makes sense to mount the LEDs on a heat dissipation line.
  • the heat dissipation line can conduct the dissipated heat under or next to the reflector. As a result, only a small amount of useful radiation is blocked by the heat dissipation line, any heat sink or a corresponding fan.
  • optical device 10 can have an adjustment mechanism (not shown). With this, the range (or the length 911 of the surface 915 to be irradiated in the Y-direction) can be adjusted during installation or later during operation by tilting the optical device 10 . This can easily be done with standard components (joint, arm, housing, locking elements).
  • One or more forced convection fans may also be provided in combination with the optical device 10 . In order to achieve an even better germicidal result, these fans can be installed in suitable positions, thus forcing an exchange between the air layers in the germicidal zone and the air layers below.
  • the optical device 10 can be augmented by the incorporation of UV-C sensors or fluorescent materials that detect or visualize the UV-C radiation in the safety zone.
  • feedback can be provided in such a way that if the UV-C sensors detect that a limit value in the safe zone is exceeded, a signal is generated, which the control electronics use to adjust the power (e.g. the driver current) with which the UV-C LEDs are supplied. Exceeding this can be caused, for example, by an additional reflection from side walls, or by a reflectivity of the room ceiling 910 that was underestimated before installation, etc.
  • the measurement via sensors of the degradation of the UV-C LEDs are taken into account over their service life by readjusting the power to values that are just compatible with the safe zone. A complete shutdown with an optional warning signal is also conceivable.
  • optical device light emitting surface of light source unit 120 (light exit surface of optical element, if any)
  • Light source level spanned by light-emitting surface(s) 100
  • UV-LED Single light source
  • UV-C-LED UV-C-LED
  • CPC optical element
  • lens optical element
  • Blocking element, 412 sections (blocking element) 900 Cartesian coordinate system (X, Y, Z)
  • ceiling e.g. safe zone

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Abstract

Eine optische Vorrichtung (10) für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum umfasst eine Lichtquelleneinheit (120) und einen Reflektor (200). Die Lichtquelleneinheit (120) umfasst eine Lichtquelle (150) und eine lichtemittierende Fläche (100), die eine Lichtquellenebene (105) festlegt und eingerichtet ist, Strahlung (300) in einem UV-Wellenlängenbereich abzugeben, wobei die lichtemittierende Fläche (100) eingerichtet ist, die Strahlung (300) aus der Lichtquelleneinheit (120) in einem Winkelbereich (α, ß, γ, δ) relativ zu einer Hautabstrahlrichtung (Z) abzugeben, die in Bezug auf die Lichtquellenebene (105) senkrecht steht. Der Reflektor (200) ist in einem in der Hautabstrahlrichtung (Z) vorbestimmten Abstand (199) von der lichtemittierenden Fläche (100) angeordnet und empfängt die von der lichtemittierenden Fläche (100) abgegebene Strahlung (300) und reflektiert diese zumindest entgegen der Hauptabstrahlrichtung (Z). Der Reflektor (200) weist eine Freiform auf, die derart ausgelegt ist, dass die von dem Reflektor (200) reflektierte Strahlung (300) auf eine in dem Raum festgelegte, zu bestrahlende Fläche (915) geworfen wird, die sich entgegen der Hauptabstrahlrichtung (Z) vom Reflektor (200) aus betrachtet jenseits der Lichtquellenebene (105) erstreckt, wobei eine Verteilung der Bestrahlungsstärke der vom Reflektor (200) auf die Fläche geworfenen Strahlung (300) innerhalb der Fläche im Wesentlichen homogen ist.

Description

OPTISCHE VORRICHTUNG FÜR DIE DESINFEKTION OBERER LUFTSCHICHTEN IN EINEM RAUM
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum, welcher beispielsweise von Personen genutzt wird, insbesondere auch um einer Ansteckung mit Krankheitserregern vorzubeugen.
Stand der Technik
Optische Vorrichtungen zur Desinfektion von Luft insbesondere in geschlossenen Räumen finden in jüngerer Zeit zunehmend Verwendung, besonders auch im Zuge der durch das Coronavirus SARS-CoV-2 ausgelösten Pandemie. Solche Vorrichtungen verwenden im Regelfall ultraviolette Strahlung, insbesondere UV-C- Strahlung, um Keime bzw. Krankheitserreger wie etwa Bakterien, Bakteriensporen, Viren oder Viroide, Pilze, Pilzsporen oder Algen etc. aus der Raumluft zu inaktivieren bzw. abzutöten.
Im Fall von zu diesem Zweck häufig eingesetzten UV-C-Wandgeräten oder auch mobilen UV-C-Geräten kann dabei den entsprechenden Räumen Luft entnommen, diese bei der Aufbereitung der UV-C-Strahlung ausgesetzt und schließlich wieder dem entsprechenden Raum zugeführt werden. Ein der UV-C-Strahlung entsprechender Wellenlängenbereich reicht von 100 nm bis 280 nm. Andere Wellenlängenbereiche wie die der UV-A- oder UV-B-Strahlung sind nicht ausgeschlossen. Beispielsweise können Niederdruck-Quecksilberdampflampen eingesetzt werden, die Strahlung bzw. Licht einer Wellenlänge von 254 nm emittieren, welches zum Beispiel zur Virusinaktivierung ausgenutzt wird, da in diesem Fall die Virusnukleinsäure angegriffen wird. Nach einer Vielzahl von Zyklen kann durch diese Behandlung die Keim last in den betreffenden Räumen um mehr als 99 % reduziert werden. Konventionell wurden in Vorrichtungen zur UV-C-Keimabtötung auch Quecksilber- Mitteldrucklampen oder gepulste Xenon-Bogenlampen verwendet. Die derzeitigen Geräte verwenden meist UVC-Niederdrucklampen. In jüngerer Zeit werden auch Anstrengungen unternommen, UV-C-LEDs einzusetzen.
Beim Einsatz solcher Geräte sind allerdings grundsätzliche auch immer Fragen des Stahlenschutzes zu beachten, da sich die freigesetzte UV-C-Strahlung bei Exposition sehr schädigend auch auf Augen und Haut etc. von Personen auswirken kann. Bei den genannten Wandgeräten sind daher im Allgemeinen spezielle Maßnahmen erforderlich, die sicherstellen, dass die UV-C-Strahlung nicht aus dem jeweiligen Innenraum der Geräte nach außen gelangt, wie etwa gewinkelte Ein- und Auslassöffnungen oder auch Lamellen.
Ein anderer, derzeit besonderes in den Vereinigten Staaten zum Einsatz kommender Typ von Vorrichtungen zur Keimtötung mittels UV-C-Strahlung stellt das sog. Upper Air bzw. Upper Room GUV Device (GUV: germicidal UV - keimabtötendes UV) dar. Solche Vorrichtungen werden für Räume mit einer Deckenhöhe von mindestens 10 Fuß (entspricht etwa 3,048 m) empfohlen. Die in einer Höhe von z.B. ca. 2,1 m (entsprechend 7 Fuß) montierten Vorrichtungen zur UV-C-Desinfektion sind solchermaßen verbaut, dass sie lediglich die Luft oberhalb der eigenen Höhe desinfizieren. Sie geben dabei die UV-C-Strahlung nach außen direkt in den Raum oberhalb der sich möglicherweise darin befindlichen Personen ab. Die Gesamtdesinfektion der Raumluft erfolgt durch natürlich Luftzirkulation.
Ein Überblick über die Desinfektion anhand solcher Vorrichtungen ist in Fig. 1 gezeigt, die mit geringfügiger Überarbeitung dem ASHRAE Handbook - HVAC Applications (ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, 2019, Handbook — HVAC Applications, Chapter 62.6. USA, Atlanta, GA.), entnommen ist. Das Diagramm zeigt entlang der Abszisse die Raumtiefe dhoriz (gemessen von der auf den Boden projizierten Position der Vorrichtung, in Einheiten von 0,3048 m bzw. Fuß) und entlang der Ordinate die Raumhöhe dhoriz, gemessen vom Boden des Raums aus, in Einheiten von 0,3048 m bzw. Fuß. Die konventionelle optische Vorrichtung 1000 ist in etwa 2,1 m Höhe installiert. Mit den Bezugszeichen 1010, 1020, 1030, 1040, und 1050 sind Linien gleicher lokaler Bestrahlungsstärke bezeichnet (1010: 200 pW/cm2, 1020: 100 pW/cm2, 1030: 50 pW/cm2, 1040: 20 pW/cm2, 1050: 10 pW/cm2). Das Bezugszeichen 1060 bezeichnet einen Bereich, in welchem die Bestrahlungsstärke immer noch über 0,2 pW/cm2 liegt. In der zur Desinfektion aktiven Zone sollte die Bestrahlungsstärke einen Mindestwert von 10 pW/cm2 überschreiten, um ausreichend wirksam zu sein. Unterhalb der aktiven Zone befindet sich die sogenannte Safe-Zone. Hier sollten sich die Menschen länger aufhalten können (z.B. bis zu 8 Stunden). In dieser Zone sollte die Bestrahlungsstärke im Allgemeinen unterhalb von 0,2 pW/cm2 liegen. Wie zuerkennen ist, ist die UV-C- Strahlung im Wesentlichen horizontal mit einer geringfügigen Neigung nach oben gerichtet, um die Safe-Zone nicht mit UV-C-Strahlung zu beeinträchtigen. Entlang der Abszisse nimmt die Bestrahlungsstärke aufgrund des zunehmenden Abstands von der Vorrichtung erheblich ab. Durch eine höhere Lampenleistung kann eine Desinfektion in größerer Raumtiefe erzielt werden.
Durch die Verwendung von UV-C-Niederdrucklampen in herkömmlichen Vorrichtungen, die eine vergleichsweise große Etendue und infolgedessen geringe Strahldichte besitzen, ist es erforderlich, um die Strahlung in der in Fig. 1 angedeuteten engen Zone unter der Raumdecke zu halten, Reflektoren und Lamellen einzusetzen. Durch die Lamellen können diejenigen Strahlungsanteile, die die Reflektoren der Vorrichtung unter größeren Winkeln (nach oben oder unten relativ zur horizontalen Ebene) verlassen, absorbiert werden. Dies führt aber wiederum zu Wirkungsgraden, die im Allgemeinen unterhalb von 10 % liegen. Die daher hohen Leistungsaufnahmen bei geringer Fernwirkung und die hochgradig ungleiche Verteilung der Bestrahlungsstärke im Bereich der Raumdecke wirken sich folglich auch durchaus nachteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtungen - es ist eine höhere Anzahl von Geräten pro Raumdeckenfläche erforderlich - und auch auf die Komplexität des Desinfektionskonzepts für einen gegebenen Raum aus.
Darstellung von Aspekten der Erfindung Einigen der nachfolgend beschriebenen Aspekten liegt eine Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit der für die Desinfektion mittels UV-Strahlung, insbesondere UV-C- Strahlung, verwendeten optischen Vorrichtungen zu verbessern und gleichzeitig auch einen größeren Schutz für die in dem Raum befindlichen Personen herbeizuführen beziehungsweise eine ausreichende Safe-Zone sicherzustellen.
Die Aufgabe wird unter anderem gelöst durch eine optische Vorrichtung für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 . Vorteilhafte Aspekte und Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt ist eine optische Vorrichtung mit einer Lichtquelleneinheit und einem Reflektor. Die optische Vorrichtung gibt ihre Strahlung im UV-Wellenlängenbereich, bevorzugt im UV-C-Wellenlängenbereich, in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung ab - mit einer geringfügigen Neigung zur Raumdecke hin - jedoch in einem (zumindest in vertikaler Richtung betrachtet) wesentlich größeren Raumwinkel. Eine direkte Abstrahlung von ultraviolettem Licht von der Lichtquelleneinheit in den Raum ist nicht vorgesehen. Diese Aufgabe wird vielmehr von dem Reflektor übernommen. Zu diesem Zweck umfasst die Lichtquelleneinheit eine lichtemittierende Fläche, die eine Lichtquellenebene (engl. source plane) festlegt und eingerichtet ist, Strahlung in einem UV-Wellenlängenbereich, insbesondere dem UV-C-Wellenlängenbereich (z.B. 100 nm - 280 nm) abzugeben. Alternativ kann auch UV-A- oder UV-B-Strahlung insbesondere in Verbindung mit Photokatalyse eingesetzt werden, wenn die Raumdecke beispielsweise mit Titandioxid beschichtet ist. Aspekte sehen eine recht große zu bestrahlende Fläche vor, so dass potenziell auch in diesem Fall eine gute katalytische Wirkung erzielbar sein kann.
Die lichtemittierende Fläche bezeichnet diejenige Fläche der Lichtquelleneinheit, durch welche das von dieser erzeugte Licht abgegeben wird. Es kann sich beispielsweise um eine Lichtaustrittsfläche eines z.B. einer LED etc. nachgeschalteten optischen Elements oder unmittelbar um eine aktive Oberfläche einer LED handeln, wenn kein weiteres optisches Element vorgesehen ist. Die lichtemittierende Fläche liegt in der Lichtquellenebene und kann diese aufspannen. Ferner ist die lichtemittierende Fläche eingerichtet, die Strahlung in einem Winkelbereich a, ß, y, ö relativ zu einer Hautabstrahlrichtung Z abzugeben, die in Bezug auf die festgelegte Lichtquellenebene senkrecht steht. Es versteht sich, dass, weil die lichtemittierende Fläche eine Ebene festlegt, der Winkelbereich maximal 90° betragen kann. Bei einer Montage der optischen Vorrichtung in dem Raum erfolgt die Anordnung bevorzugt in einer Weise, bei welcher die Hautabstrahlrichtung Z mit der Raumhöherichtung (z.B. die Richtung der Ordinate in Fig. 1 ) zusammenfällt. In diesem Fall gibt die lichtemittierende Fläche ihre Strahlung maximal in einen Halbraum nach unten zum Boden gerichtet ab. Einem speziellen Ausführungsbeispiel zufolge weist die Lichtquelleneinheit eine Lichtquelle auf, die eine oder mehrere UV-LEDs, insbesondere UV-C-LEDs umfasst. Die lichtemittierende Fläche könnte dann zum Beispiel durch die Fläche der Lichtquellen ausgebildet sein. Es ist aber nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen zufolge genauso möglich, zusätzlich optische Elemente einzurichten, die mit den Lichtquellen Zusammenwirken und dann selbst die lichtemittierende Fläche der Lichtquelleneinheit bereitstellen.
Der Reflektor ist in einem in der Hautabstrahlrichtung Z vorbestimmten Abstand von der lichtemittierenden Fläche angeordnet. Er empfängt die von der lichtemittierenden Fläche abgegebene Strahlung und reflektiert diese bestimmungsgemäß zumindest entgegen der Hauptabstrahlrichtung Z. Das heißt, dass die reflektierte UV Strahlung zumindest eine Richtungskomponente in Z-Richtung besitzt, die zurück in die Richtung der Lichtquellenebene der lichtemittierenden Fläche weist.
Der Reflektor weist zudem hinsichtlich der Ausgestaltung seiner reflektierenden Fläche eine Freiform auf. Der Begriff Freiform beschreibt eine Technik, mit der frei definierbare optische wirksame Flächen sehr präzise gefertigt werden können. Diese Technik kommt in unterschiedlichsten Produktionsverfahren zum Einsatz. Der Begriff Freiform steht für die technische Möglichkeit, Spiegelflächen mit unkonventioneller dreidimensionaler Form zu fertigen, welches aber nicht ausschließt, dass eine exakte mathematische Formulierung für die geometrische Form gefunden werden könnte.
Die Freiform ist derart ausgelegt, dass die von dem Reflektor reflektierte Strahlung auf eine in dem Raum festgelegte, zu bestrahlende Fläche geworfen wird. Da der Raum selbst nicht Teil der optischen Vorrichtung ist, kann es sich zunächst um eine virtuelle Fläche handeln, die sich in gegebener Positionierung relativ zu dem Reflektor und der Lichtquelleneinheit befindet. Diese Fläche erstreckt sich nun entgegen der Hauptabstrahlrichtung Z - vom Reflektor aus betrachtet - jenseits der Lichtquellenebene. In dem oben beschriebenen Fall der Montage der optischen Vorrichtung im Raum nahe dessen Raumdecke, z.B. in einer Raumhöhe von ungefähr 2,1 m ähnlich wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Lichtquellenebene eine zur (vertikalen) Z- Richtung senkrechte horizontale Ebene, und die zu bestrahlende Fläche erstreckt sich vollständig darüber. Die zu bestrahlende Fläche kann vorzugsweise die Raumdecke selbst - oder ein begrenzter Teil derselben - sein. Die Fläche kann eben oder gekrümmt oder auch gestuft sein, liegt aber in jedem Fall oberhalb der Lichtquellenebene.
Die Freiform des Reflektors ist nun derart ausgelegt, dass eine Verteilung der Bestrahlungsstärke der vom Reflektor auf die Fläche geworfenen Strahlung innerhalb der Fläche im Wesentlichen homogen ist. Dies stellt keinesfalls die Äußerung eines bloßen Wunsches für ein zu erreichendes Ergebnis dar. Vielmehr wurde von dem Erfinder diesbezüglich ein Konzept auf die aktuelle Problemstellung angewandt, das aus der Veröffentlichung Ries, H & Muschaweck, J.: "Tailored freeform optical surfaces" in J. Opt. Soc. Am. A/ Vol. 19, No. 3/ March 2002 bekannt ist. Darin ist beschrieben, wie optische Freiformflächen, die im dreidimensionalen Raum eingebettet sind und keine Symmetrie aufweisen müssen, so gestaltet werden, dass sie die Strahlung einer gegebenen sehr kleinen Lichtquelle auf eine gegebene Referenzfläche umverteilen, um so eine vorgegebene Bestrahlungsstärkeverteilung auf dieser Fläche zu erreichen. Die Form der optischen Freiformfläche wird durch die Lösung einer Reihe partieller nichtlinearer Differentialgleichungen gefunden. In den meisten Fällen gibt es nur wenige topologisch unterschiedliche Lösungen, wenn geeignete Randbedingungen gegeben sind. Für den vorliegenden, etwas einfacheren Fall einer hochgradig homogenen Verteilung konnte festgestellt werden, dass im Regelfall sogar nur eine einzige Lösung für die dreidimensionale Ausgestaltung der Freiform existiert. Mit anderen Worten, durch den Abstand der lichtemittierenden Fläche vom Reflektor, durch die Vorgabe einer kleinen Lichtquelleneinheit und durch die Vorgabe bzw. Festlegung der Geometrie und Position der zu bestrahlenden Fläche im Raum relativ zur lichtemittierenden Fläche und zum Reflektor und durch die Vorgabe einer homogenen Verteilung der Bestrahlungsstärke ist die Freiform praktisch eindeutig festgelegt, oder im Ausnahmefall von mehr als einer topologischen Lösung, zumindest aus einer Auswahl abzählbarer, sehr weniger Lösungen erhältlich. Die Freiform kann computergestützt ermittelt und dann hergestellt werden.
Die optische Vorrichtung kann mit besonderem Vorteil zur Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum eingesetzt werden. Die lichtemittierende Fläche strahlt im Fall eines Lambertschen Strahlers nur in einen Halbraum um die Hauptabstrahlrichtung Z, die der optischen Achse entspricht, bevorzugt in einen noch engeren konusförmigen Raum um die Hauptabstrahlrichtung Z. Die optische Freiform des Reflektors wirft die Strahlung in seitlicher Richtung zurück auf eine Fläche oberhalb der Lichtquellenebene, die durch die im Wesentlichen horizontale Ausrichtung der lichtem itterenden Fläche festgelegt wird. Die Fläche kann Teil der Raumdecke sein. Diese wird durch die Freiform mit dort homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke bestrahlt. Dadurch werden anders als bisher lokale Maxima vermieden.
Die Fig. 1 zeigt zudem auch nicht den Effekt einer reflektierenden Raumdecke. Je nach Positionierung derselben in Fig. 1 ergibt sich auch dort ein lokales Maximum, wo die schmale aktive Zone auf die Raumdecke trifft. Die Folge wäre auch hier, dass die optische Vorrichtung in größerer Höhe zu installieren wäre und ggf. flacher abstrahlen muss, um eine gleichmäßigere Verteilung auf der Fläche der Raumdecke zu erzielen. Dieser Ansatz ist aber durch die absolute Deckenhöhe begrenzt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung erlauben im Gegenzug die Applikation der optischen Vorrichtung auch bei niedrigen Deckenhöhen, ohne dass in die Safe-Zone eingegriffen wird. Die Wirtschaftlichkeit wird auch dadurch verbessert.
Wie beschrieben entsteht durch die Verwendung der beschriebenen lichtemittierenden Fläche der Vorteil, dass sehr kleine Lichtquelleneinheiten realisiert werden können. Dies betrifft gemäß Ausführungsbeispielen insbesondere UV-LEDs, bevorzugt UV-C- LEDs, die eine hohe Strahldichte bzw. eine geringe Etendue bereitstellen. Dadurch wird einerseits die Freiform sinnvoll berechen- und überhaupt einsetzbar. Andererseits wird dadurch die Leistungsaufnahme bei erhöhtem Wirkungsgrad reduziert. Ferner wird durch die geringe Etendue eine Bestrahlung des Reflektors in extremer Nahdistanz möglich.
Durch die niedrige Quellgröße und geringe Etendue ist es nun auch möglich, ein klar abgegrenzte, zu bestrahlende Fläche mit homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke zu erhalten. Durch geeignetes Positionieren von mehreren optischen Vorrichtungen relativ zueinander können zudem gemäß den hier vorgestellten Ausführungsbeispielen die entsprechend zu bestrahlenden Flächen benachbart zueinander platziert werden, so dass die Raumdecke vollflächig erfasst wird. Die zu bestrahlenden Flächen können durch die Auslegung der Freiform jeweils gut abgegrenzt sein, d.h., dort wo sie bestrahlt werden, ist die Bestrahlungsstärke homogen und außerhalb fällt die Bestrahlungsstärke auf im Vergleich dazu verschwindende Werte ab. Im konventionellen Fall (Fig. 1 ) liegen dagegen meist keine klaren Abgrenzungen vor und es lassen sich insofern keine festen Angaben der Reichweiten der jeweiligen optischen Vorrichtungen machen.
Einer speziellen Weiterbildung der optischen Vorrichtung zufolge umfasst die Lichtquelleneinheit ein optisches Element, oder mehrere optische Elemente, das beziehungsweise die jeweils der einen oder den mehreren UV-LEDs bzw. UV-C-LEDs zugeordnet ist beziehungsweise sind, wobei die lichtemittierende Fläche durch das eine oder die mehreren optischen Elemente ausgebildet wird. Mit Hilfe solcher spezieller optischer Elemente kann z.B. der Winkelbereich, in welchem die lichtemittierende Fläche relativ zur Hauptabstrahlrichtung Z Strahlung abgibt, weiter verringert werden.
Dabei kann z.B. vorgesehen sein, dass eine oder die mehreren optischen Elemente durch einen - von der Lichtquelle ausgehend - im Querschnitt zunehmenden Lichtleiter nach Art eines Tapers auszubilden. Alternativ können das eine oder die mehreren optischen Elemente eine Linse umfassen, um den beschriebenen Effekt zu erzielen.
Eine weitere Alternative kann beispielweise darin bestehen, dass das optische Element einen lichtabsorbierenden Ring umfasst, welcher einen mittleren Bereich mit der lichtemittierenden Fläche umschließt. Der absorbierende Ring nimmt Strahlung auf und absorbiert diese, welche bei großen Winkeln (relativ zur Hauptabstrahlrichtung) abgegeben wird. Die Geometrie des Rings ist nicht eingeschränkt. Es kann sich um einen kreisförmigen Ring oder um einen rechteckförmigen oder quadratisch ausgelegten Ring handeln. Andere Formen sind ebenso möglich. Anders als bei dem oben vorgeschlagenen Taper oder bei der Linse sind hier aber durch die Absorption die Leistungsverluste größer bzw. der Wirkungsgrad geringer.
Einer weiteren Weiterbildung der optischen Vorrichtung zufolge besitzt die lichtemittierende Fläche eine Breite in einer zu der Hauptabstrahlrichtung Z senkrechten ersten Richtung X und eine Länge in einer zu der Hauptabstrahlrichtung Z senkrechten zweiten Richtung Y. Die beiden Richtungen X und Y stehen zueinander ebenfalls senkrecht. Sie spannen gemeinsam die Lichtquellenebene auf. Die Länge ist dabei größer als die Breite.
Bei diesem Aspekt kann die Länge der lichtemittierenden Fläche in der ersten Richtung X als Maximalabschätzung 16 mm oder weniger betragen, vorzugsweise 8 mm oder weniger, weiter bevorzugt 4 mm oder weniger. Ferner kann die Breite der lichtemittierenden Fläche in der zweiten Richtung Y als Minimalabschätzung 2 mm oder weniger betragen, vorzugsweise 1 mm oder weniger, weiter bevorzugt 0,5 mm oder weniger.
Es wurde bei den Untersuchungen herausgefunden, dass die Ausdehnung der lichtemittierende Fläche in der Richtung quer zur zweiten Richtung Y durchaus deutlich größer gewählt werden kann, ohne dass die Bedingung beeinträchtigt zu sein braucht, dass die Bestrahlungsstärke in der zu bestrahlenden Fläche homogen verteilt ist. Dadurch wird es möglich, ohne nennenswerte Verluste deutlich mehr Strahlung auf die Fläche zu bringen.
Ferner kann gemäß Ausführungsbeispielen bei der optische Vorrichtung ein Aspektverhältnis der Länge gegenüber der Breite 32 oder weniger, bevorzugt 16 oder weniger, weiter bevorzugt 12 oder weniger betragen. Alternativ oder zusätzlich kann das Aspektverhältnis der Länge gegenüber der Breite 2 oder mehr, vorzugsweise 4 oder mehr, weiter bevorzugt 6 oder mehr betragen. Diese Auswahlbereiche haben sich als besonders effizient hinsichtlich einer Balance zwischen dem Einhalten der Bedingung (homogene Verteilung der Bestrahlungsstärke) und dem Erhalt der Etendue erwiesen.
Weiteren Ausführungsbeispielen zufolge können das eine oder die mehreren optischen Elemente und die lichtemittierende Fläche eingerichtet sein, Strahlung in einem ersten Winkelbereich a, ß relativ zur Hautabstrahlrichtung Z innerhalb einer durch die erste Richtung X und die Hautabstrahlrichtung Z aufgespannten Ebene abzugeben, wobei ein Winkel des ersten Winkelbereichs a, ß maximal 30° oder mehr, vorzugsweise 45° oder mehr, sowie 90° oder weniger, vorzugsweise 85° oder weniger beträgt. Durch Auswahl des entsprechend gegenüber dem vollen Halbraum verringerten Abstrahlungswinkels in der X-Richtung quer zu der durch die Y- und Z- Richtung aufgespannten Ebene, die gleichzeitig bevorzugt die einzige Symmetrieebene des Projektionssystems darstellen kann, kann das Ausmaß der Homogenität der Bestrahlungsstärke weiter verbessert werden.
Alternativ oder zusätzlich zu diesen Ausführungsbeispielen können das eine oder die mehreren optischen Elemente und die lichtemittierende Fläche eingerichtet sein, Strahlung in einem zweiten Winkelbereich a, ß relativ zur Hautabstrahlrichtung Z innerhalb einer durch die zweite Richtung Y und die Hautabstrahlrichtung Z aufgespannten Ebene abzugeben, wobei ein Winkel des zweiten Winkelbereichs a, ß maximal 30° oder mehr, vorzugsweise 45° oder mehr, sowie 90° oder weniger, vorzugsweise 70° oder weniger beträgt. Für diesen engeren Auswahlbereich ergeben sich die gleichen Vorteile wie oben beschrieben. Weiteren Ausgestaltungen zufolge kann der vorbestimmte Abstand zwischen der lichtemittierenden Fläche und dem Reflektor in der Hauptabstrahlrichtung Z maximal 20 mm oder weniger betragen, vorzugsweise 10 mm oder weniger, und 2 mm oder mehr, bevorzugt 4 mm oder mehr. Diese niedrigen Werte für den Abstand erlauben eine besonders kompakte Bauweise.
Aspekten der Erfindung zufolge ist die Freiform des Reflektors so ausgelegt, dass sich die mit homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke zu bestrahlende Fläche im Wesentlichen in einer zweiten Richtung Y senkrecht zu der Hauptabstrahlrichtung Z erstreckt, und zwar ausgehend von einer zur Hauptabstrahlrichtung parallelen Achse, die sich auch durch die lichtemittierende Fläche durch die erstreckt. Mit anderen Worten, wenn die zu bestrahlende Fläche beispielsweise eine Raumdecke (ggf. einschließlich möglicher Teile der oberen Seitenwände ist), führt die Freiform zu einer Bestrahlung in einer seitlichen Richtung und nach oben zur Decke hin. Projiziert auf die Raumdecke kann sich demnach die optische Vorrichtung am Rand der bestrahlten Fläche befinden. Das ermöglicht beispielsweise die Kombination mehrerer optischer Vorrichtungen, um ausgehend von einem gemeinsamen Raumpunkt nahe der Raumdecke in verschiedenen Richtungen abzustrahlen.
Weiteren Ausgestaltungen zufolge erstreckt sich die zu bestrahlende Fläche im Wesentlichen parallel zu der Lichtquellenebene. Dann kann ein Verhältnis zwischen der Länge der zu bestrahlenden Fläche in der zweiten Richtung und einem Abstand der zu bestrahlenden Fläche von der Lichtquellenebene z.B. 15 oder weniger, vorzugsweise 10 oder weniger betragen. Ferner kann das Verhältnis 2,5 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr betragen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verhältnis zwischen der Breite der zu bestrahlenden Fläche in der ersten Richtung X und dem Abstand der zu bestrahlenden Fläche von der Lichtquellenebene 15 oder weniger, vorzugsweise 10 oder weniger, sowie 2,5 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr betragen.
Ferner kann wie beschrieben bei der optischen Vorrichtung die Freiform des Reflektors spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene ausgebildet sein, die durch die Hauptabstrahlrichtung Z und die zweite Richtung X aufgespannt wird (d.h., die XY- Ebene). Dabei kann die Freiform z.B. eine Höhe in der Hauptabstrahlrichtung Z in einem Bereich von 15 mm bis 90 mm, eine Breite in der ersten Richtung X in einem Bereich von 40 mm bis 180 mm, und eine Länge in der zweiten Richtung Y in einem Bereich von 50 mm bis 250 mm besitzen.
Mit Vorteil kann die optische Vorrichtung auch ein Blockierelement aufweisen, das Strahlung absorbiert oder reflektiert, die aufgrund ihres Abstrahlungswinkels ausgehend von der lichtemittierenden Fläche über einen Rand der Freiform des Reflektors hinausgeht. Das Blockierelement kann sich gegebenenfalls um den kompletten Rand der Freiform herum erstrecken. Dadurch wird vermieden, dass die aus der lichtemittierenden Fläche emittierte Strahlung direkt in die Safe-Zone gelangt bzw. diese schmälert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Es zeigen:
Fig.1 in einem Diagramm die Wirkung einer optischen Vorrichtung zur Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die eine Fläche einer Raumdecke oberhalb einer Safe- Zone bestrahlt;
Fig. 3 eine optische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit lichtemittierender Fläche (einer Lichtquelleneinheit) und Reflektor in Seitenansicht (oben), Draufsicht (unten links) und Vorderansicht (unten rechts), mit Festlegung der Koordinatenachsen in den Richtungen X, Y, und Z; Fig. 4 eine Tabelle mit vorgegebenen Daten für die zu bestrahlende Fläche (Länge, Breite) in Relation zum Abstand zur optischen Vorrichtung und für die Abstrahlwinkel der lichtemittierenden Fläche sowie den Abstand zwischen dieser und der Freiform in Z-Richtung, und mit sich daraus für die Freiform ergebenden Daten (Länge, Breite, Höhe), um eine homogene Bestrahlungsstärke über die zu bestrahlende Fläche zu erzielen;
Fig. 5 in schematischer Darstellung einen Winkelbereich y, ö der Abstrahlung aus der lichtemittierenden Fläche in der YZ-Ebene aus Fig. 3;
Fig. 6 in schematischer Darstellung einen Winkelbereich a, ß der Abstrahlung aus der lichtemittierenden Fläche in der XZ -Ebene aus Fig. 3;
Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der sich in der XY-Ebene erstreckenden lichtemittierenden Fläche mit grundsätzlich in X-Richtung langgezogenem, rechteckförmigen Grundriss;
Fig. 8 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine sich in der XY-Ebene erstreckende geschlossene Lichtquelle der Lichtquelleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 9 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine sich in der XY-Ebene erstreckende Lichtquelle der Lichtquelleneinheit, die eine Reihe von Einzellichtquellen aufweist, gemäß einem zu Fig. 8 alternativen Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine sich in der XY-Ebene erstreckende Lichtquelle der Lichtquelleneinheit, die eine Reihe von zueinander durch einen Spalt getrennte Einzellichtquellen aufweist, gemäß einem gegenüber Fig. 9 angewandelten Ausführungsbeispiel;
Fig. 11 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine sich in der XY-Ebene erstreckende Lichtquelle der Lichtquelleneinheit, die eine zweireihige Matrix von Einzellichtquellen aufweist, gemäß einem weiteren gegenüber Fig. 9 abgewandelten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht (auf die YZ-Ebene) eines vor der Lichtquelle (wie in einer der in Fig. 8 bis 11 gezeigt) angeordneten und als Taper ausgebildeten optischen Elements, das gegenüberliegend eine lichtemittierende Fläche bereitstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 13 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht wie in Fig. 12, aber auf die XZ-Ebene;
Fig. 14 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht (z.B. auf die YZ- oder XZ- Ebene) eines vor der Lichtquelle angeordneten und als CPC ausgebildeten optischen Elements, das für jeweils eine Einzellichtquelle (wie in Fig. 9 bis 11 gezeigt) ausgelegt ist, gemäß einem zu Fig. 12 und 13 alternativen Ausführungsbeispiel;
Fig. 15 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht (z.B. auf die XZ-Ebene) einer Vielzahl von jeweils vor den Einzellichtquellen aus Fig. 9 bis 11 angeordneten und als CPC ausgebildeten optischen Elementen gemäß Fig. 14;
Fig. 16 in schematischer Darstellung den Strahlengang in dem optischen Element bzw. den jeweiligen optischen Elementen aus Fig. 14 oder 15;
Fig. 17 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht auf (z.B. die YZ-Ebene) eines vor der Lichtquelle angeordneten und als Linse ausgebildeten optischen Elements, das für jeweils eine Einzellichtquelle (wie in Fig. 9 bis 11 gezeigt) ausgelegt ist, gemäß einem zu den Fig. 12 bis 16 alternativen Ausführungsbeispiel;
Fig. 18 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht auf (z.B. die YZ-Ebene) eines vor der Lichtquelle angeordneten und als außen Licht absorbierender Ring ausgebildeten optischen Elements, das für jeweils eine Einzellichtquelle (wie in Fig. 9 bis 11 gezeigt) ausgelegt ist, gemäß einem zu den Fig. 12 bis 17 alternativen Ausführungsbeispiel;
Fig. 19 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf das optische Element aus Fig. 18;
Fig. 20 in schematischer Darstellung einen Querschnitt in der YZ-Ebene (Symmetrieebene) durch die optische Vorrichtung mit außen angedeutetem Blockierelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 21 in schematischer Darstellung die Anordnung von lichtemittierender Fläche und Reflektor relativ zu der an der Raumdecke im Raum zu bestrahlenden Fläche;
Fig. 22 in Draufsicht auf die zu bestrahlende Fläche eine darin eingezeichnete weitgehend homogene Verteilung der Bestrahlungsstärke.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine optische Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die eine Fläche 915 (mit vorbestimmter Länge und Breite) einer Raumdecke 910 oberhalb einer Safe-Zone bestrahlt, die durch die strichpunktierte Linie 920 dargestellt ist (bzw. die Linie 920 stellt räumlich betrachtet deren obere Grenze dar). Damit eine aufrechtstehende Person sicher in der Safe-Zone aufgenommen ist, sollte die Höhe der Linie 920 wenigstens deren Länge übersteigen. Die optische Vorrichtung 10 gibt dabei ihre Strahlung 300 seitlich in einem ausgewählten Winkelbereich in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung mit einer vertikal nach oben gerichteten Komponente ab. Innerhalb des Kegels der Strahlung 300 beträgt die Bestrahlungsstärke teilweise mehr als 10pW/cm2 bzw. 100 mW/m2, welches als Minimalbedingung für eine ausreichende Keimabtötung in den darin befindlichen Luftschichten zu erachten ist. Ferner ist die optische Vorrichtung 10 in ihrem Aufbau und der räumlichen Anordnung so konfiguriert, dass die schräg über ihr liegende Fläche 915 mit einer dort homogenen Verteilung der Bestrahlungsstärke bestrahlt wird.
Die Raumdecke 910 bzw. die zu bestrahlende Fläche 915 kann idealisiert als Lambertscher Strahler mit einer Reflexivität R von 0,3 betrachtet werden. Rein beispielhaft kann die zu bestrahlende Fläche mit einer Länge und Breite von je 5 m vorgegeben werden. Die in diesem Bereich ebenso homogen von der Raumdecke 910 reflektierte Strahlung 950 sollte in der Safe-Zone eine Bestrahlungsstärke von nur 0.2 pW/cm2 = 2 mW/m2 oder weniger annehmen, um keine Schädigungen durch UV- Strahlung bei den sich in der Safe-Zone aufhaltenden Personen herbeizuführen. Mit diesen Annahmen kann für die Leistung der abgegebenen Strahlung eine zulässige obere Grenze von etwa 0,167 W bestimmt werden. In dem vereinfachten Beispiel sind Strahlungsbeiträge etwaig reflektierender Wände allerdings außer Acht gelassen. Das Beispiel zeigt aber, dass ein gemäß den hier vorgeschlagenen Aspekten und Ausführungsbeispielen vorgesehener Ansatz, bei dem die UV-Strahlung 300 durch einen Reflektor gegen die Decke gerichtet ist, von welcher sie reflektiert wird, einerseits ein hinreichendes Luftvolumen wirksam desinfiziert, und andererseits zu keiner Beeinträchtigung der Safe-Zone führt. Zu diesem Zweck können bereits geringe Strahlungsleistungen eingesetzt werden und ausreichen. Die niedrigen, hier rein beispielhaft geschätzten Obergrenzen für die Strahlungsleistung sind kompatibel mit dem Einsatz und UV-LEDs, und insbesondere verfügbaren UV-C-LEDs.
Soweit die Raumdecke die UV-Strahlung reflektiert (typischerweise selbst als Lambertscher Strahler mit Reflektivität R = 0,3), erfolgt dies über die Fläche hinweg mit gleicher Stärke. Dadurch wird die Safe-Zone deutlich weniger beeinträchtigt als dies im konventionellen Fall (siehe Fig. 1 ) zutrifft. In der Safe-Zone sollte die Bestrahlungsstärke wie beschrieben nicht über 0,2 pW/cm2 liegen. Fig. 1 zeigt, dass bei der konventionellen Vorrichtung 1000 in einem horizontalen Abstand von etwa einem Meter (3 bis 4 Fuß) von der Position der optischen Vorrichtung der entsprechende Bereich 1060 am weitesten nach unten verschoben ist. Das lokale Maximum schränkt die Safe-Zone insgesamt ein, oder anders ausgedrückt: ist diese Verschiebung aufgrund des lokalen Maximums zu stark ausgeprägt, muss die optische Vorrichtung im Raum noch höher montiert werden um eine hinreichende Höhe für die Safe-Zone zu gewährleisten.
In Fig. 3 ist eine optische Vorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, das z. B. in Fig. 2 verwendet werden kann. Die optische Vorrichtung umfasst eine Lichtquelleneinheit 120, von der aber nur eine lichtemittierende Fläche 100 dargestellt ist, und einen Reflektor 200. Der obere Teil der Fig. 3 zeigt die Seitenansicht, unten links ist eine Draufsicht zu sehen und unten rechts eine Vorderansicht. Mit dem Bezugszeichen 900 ist in dieser und in allen nachfolgenden Figuren ein kartesisches Koordinatensystem mit Richtungen X,Y,Z bezeichnet. Die Z-Richtung ist die vertikale Richtung im Raum und fällt mit der Hauptabstrahlrichtung Z der lichtemittierenden Fläche 100 zusammen, die allerdings vertikal nach unten zeigt. Die lichtemittierende Fläche 100 liegt eine Lichtquellenebene 105 fest, die senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung Z liegt und dementsprechend durch eine erste Richtung X und eine zweite Richtung Y aufgespannt wird.
Der lichtemittierenden Fläche 100 liegt eine Freiform des Reflektors 200 gegenüber, welche die von der lichtemittierenden Fläche 100 abgegebene Strahlung 300 entsprechend ihrer dreidimensionalen Form reflektiert. Die Freiform des Reflektors 200 besitzt einen schalenartigen Aufbau, der sich zur zweiten Richtung Y hin öffnet und gemäß diesem speziellen Ausführungsbeispiel genau eine Spiegel- bzw. Symmetrieebene besetzt, die sich in der YZ-Ebene erstreckt, und in welcher sich auch die lichtemittierende Fläche 100 befindet. Anderen Ausführungsbeispielen zufolge kann diese Spiegelsymmetrie entfallen.
Die Form und Größe der Freiform des Reflektors 200 ist durch die Anforderung gegeben, eine optimale Anpassung an eine weitgehend oder sogar hochgradig homogene Bestrahlung der Fläche 915 an der Raumdecke 910 und gleichzeitig die Erfassung möglichst der gesamten von der Lichtquellenebene 105 ausgehenden Strahlung 300 zu erreichen. Mit Bezug auf Fig. 20 werden weiter unten Maßnahmen beschrieben, die erfolgen, wenn nicht die gesamte Strahlung erfasst werden kann. Die Größe der Freiform kann durch Parameter wie eine Höhe 201 in der Hauptabstrahlrichtung Z, eine Breite 202 in der ersten Richtung X, und eine Länge in der zweiten Richtung Y charakterisiert werden. Die konkrete dreidimensionale Form als solche ist dagegen nicht in einfacher Schreibweise angebbar und ist im Regelfall programmiertechnisch zu ermitteln, nicht nur gemäß den hier gezeigten Ausführungsbeispielen. Zum entsprechenden Verfahren, das auch das Lösen nichtlinearer Differentialgleichungen beinhalten kann, wird auf die Druckschrift Ries, H & Muschaweck, J.: "Tailored freeform optical surfaces" in J. Opt. Soc. Am. A/ Vol. 19, No. 3/ March 2002 und darin angegeben weiteren Literaturstellen verwiesen.
Zur Berechnung der Freiform werden dabei bestimmte Vorgaben gemacht, welche schließlich die dreidimensionale Ausgestaltung als Ergebnis der Berechnung eindeutig festlegen. Dazu gehört die Festlegung der Lichtquellenebene 105 sowie der Ebene der zu bestrahlenden Fläche (hier: der Raumdecke 910) relativ zueinander (in den speziellen, hier gezeigten Ausführungsbeispielen grundsätzlich parallel zueinander), deren gegenseitiger Abstand 901 sowie die Länge 911 und die Breite 912 der zu bestrahlenden Fläche 915 (siehe Fig. 22), vorzugsweise normiert auf den Abstand 901 , und die Position bzw. Ausrichtung der Fläche 915 innerhalb der Ebene der Raumdecke 910, der Abstand 199 der lichtemittierenden Fläche 100 von der Freiformoberfläche des Reflektors 200 entlang der Hauptabstrahlrichtung Z, sowie der Winkelbereich a, ß (in der XZ-Ebene), bzw. y, ö (in der YZ-Ebene) relativ zur Hautabstrahlrichtung Z, in welcher die lichtemittierende Oberfläche 105 die Strahlung 300 in Richtung der Freiform abgibt (siehe die Fig. 5 und 6).
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist die zu bestrahlende Fläche 915 (als eine der Vorgaben für die Berechnung der Freiform) an der Raumdecke 910 so orientiert, dass die vergleichsweise klein dimensionierte lichtemittierende Fläche 100 bei einer Projektion entlang (bzw. genau entgegen) der Hauptabstrahlrichtung Z auf die Ebene der Raumdecke 910 auf den Rand der zu bestrahlenden Fläche 915 fällt. Dies ist nicht zwingend, hat aber den Vorteil, dass sich die Fläche 915 genau von der optischen Vorrichtung 10 aus in den Raum hinein erstreckt, welches eine Konfiguration im Raum für den Anwender deutlich erleichtert. Ferner ist auch eine Wandmontage möglich.
Durch Vorgabe der genannten Parameter bzw. hier auch spezieller Annahmen (Ebenen parallel, optische Vorrichtung nahe oder am Rand der zu bestrahlenden Fläche, und z.B. auf deren Symmetrieachse, keine Strahlung über den Rand der Freiform hinaus) kann nun unter der hier wichtigen Maßgabe, dass die innerhalb der Fläche 915 resultierende Bestrahlungsstärke homogen ist, wie beschrieben eine eindeutige Lösung für die Freiform ermittelt werden.
In Fig. 4 ist dazu eine Tabelle 1 angegeben, welche in den Spalten 1 bis 5 einige der genannten Vorgabeparameter mit darin ausgewählten Werten wiederspiegelt. Während sich für die dreidimensionale Ausgestaltung der Freiform sinnvoll die Wirkung der homogene Ausstrahlung der Fläche 915 angeben lässt, können zumindest für die Höhe 201 , die Breite 202 und die Länge 203 konkrete Werte aus der Berechnung geliefert werden, die sich jeweils eindeutig aus den vorgegebenen Parametern ergeben. Für 13 unterschiedliche Konstellationen von Länge, Breite und Abstand der Fläche 915 sowie entsprechender Abstrahlwinkelbereiche a, ß (in der XZ- Ebene), bzw. y, ö (in der YZ-Ebene) sind diese in Tabelle 1 beispielhaft angegeben. Typische Abmessungen des Reflektors 200 sind in der Tabelle 1 aufgeführt, die konkreten Abmessungen können aber auch geringfügig um bis zu ±20 % oder auch mehr abweichen.
Für die vorgegebenen Parameter kann folglich die optimale Freiform berechnet werden. Durch eine Variation des Abstands 901 von der Raumdecke 910 kann die zu bestrahlende Fläche 915 mit der Länge 911 und der Breite 912 proportional skaliert werden. Somit kann der als Freiform ausgebildete Reflektor 200 durch Änderung des Abstands zur Raumdecke 910 an andere Zielflächen angepasst werden. Durch ein Kippen zur Z-Richtung kann auch das Seitenverhältnis der zu bestrahlenden Fläche 915 angepasst werden. Gültige Kippwinkel sollten weniger als 5°, vorzugsweise weniger als 2° betragen. Die Fig. 5 und 6 illustrieren in schematischer Darstellung die Winkelbereiche y, ö bzw. a, ß der Abstrahlung aus der lichtemittierenden Fläche 100 in der YZ-Ebene bzw. der XZ-Ebene aus Fig. 3. In den speziellen Ausführungsbeispielen sind die Winkel y, ö auf der einen Seite bzw. a, ß auf der anderen Seite untereinander identisch (s.a. Tabelle 1 , idealer Konus), können aber grundsätzlich auch verschieden gewählt werden. In den Fig. 5 und 6 sowie insbesondere auch in der Draufsicht der Fig. 7 sind außerdem die Länge 102 der lichtemittierenden Fläche 100 in der ersten Richtung X und die Breite 101 in der zweiten Richtung Y gezeigt. Optimale Ergebnisse einer homogenen Bestrahlungsstärke in der Fläche 915 werden erzielt, wenn die Länge 102 nicht mehr als 4 mm und die Breite 101 nicht mehr als 0,5 mm beträgt. Das optimale Aspektverhältnis beträgt zwischen 6 und 12 einschließlich dieser Randwerte. Optimale Werte für den maximalen Abstrahlwinkel y, ö relativ zur Hauptabstrahlrichtung Z liegen in einem Bereich von 45° bis 70° und für den maximalen Abstrahlwinkel a, ß relativ zur Hauptabstrahlrichtung Z liegen sie in einem Bereich von 45° bis 85°. Die Bezugszeichen 301 , 302, 303 und 304 in den Fig. 5 und 6 bezeichnen die unter größtmöglichen Winkel aus der lichtemittierenden Fläche 100 ausgesandte Strahlung. Die angegebenen Wertebereiche repräsentieren optimale Ergebnisse für die lichtemittierende Fläche 100. In der vorhergehenden Beschreibung sind aber auch weitere Wertebereiche angegeben, die ebenfalls noch bevorzugte Resultate für die optische Vorrichtung 10 wiederspiegeln.
In den Fig. 8 bis 11 sind bevorzugte Ausgestaltungen für die (zu der lichtemittierenden Fläche 100) zugehörige Lichtquelle 150 illustriert. Die Fig. 8 zeigt dabei eine schematische Draufsicht auf eine sich in der XY-Ebene erstreckende, geschlossen zusammenhängende Lichtquelle 150 der Lichtquelleneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Lichtquelle 150 besitzt eine Länge 152 in der ersten Richtung X und eine Breite 151 in der zweiten Richtung Y. Das Aspektverhältnis entspricht in etwa demjenigen der lichtemittierenden Fläche 100. Es ist anzumerken, dass, wenn kein weiteres optisches Element vorgesehen ist, die Lichtquelle 150 selbst die lichtemittierende Fläche 100 bereitstellen kann, die ihre Strahlung 300 direkt auf den Reflektor 200 abgibt. Bei der Lichtquelle in Fig. 8 kann es sich auch um eine lang gestreckte, einzelne UV-LED, insbesondere eine UV-C-LED, handeln. In Fig. 9 ist alternatives Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht auf eine sich in der XY-Ebene erstreckende Lichtquelle 150 der Lichtquelleneinheit 120 gezeigt, die anders als in Fig. 8 eine Reihe von unmittelbar aneinandergrenzenden Einzellichtquellen 154 aufweist. Bei diesen handelt es sich bevorzugt um einzelne UV- LEDs, insbesondere UV-C-LEDs. Bei einem optimalen Aspektverhältnis zwischen 6 und 12 und quadratischen LEDs kommt folglich eine Reihe von 6 bis 12 LEDs in Betracht. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kommen rein beispielhaft UV-C- LEDs mit Wellenlängen des von ihnen emittierten Lichts im Bereich 260 - 280 nm, Abmessungen der LED-Chips im Bereich von 0.2 x 0.2 mm2 bis 1 .0 x 1 .0 mm2 und Leistungen im Bereich von 10 mW - 150 mW in Frage.
Eine Modifikation des in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 10 illustriert. Die sich ebenfalls in der XY-Ebene erstreckende Lichtquelle 150 der Lichtquelleneinheit 120 weist hier eine Reihe von zueinander durch einen Spalt getrennte Einzellichtquellen 154 auf. Dies ermöglicht es, jeweils individuelle Primäroptiken (optische Elemente 162, siehe insbesondere Fig. 15) für jede der Einzellichtquellen 154 einzurichten.
Ferner kann der den Fig. 9 und 10 zugrundeliegende Gedanke auf zwei- oder mehrreihige Matrix-ähnliche Anordnungen von Einzellichtquellen 154 (UV-LEDs bzw. speziell UV-C-LEDs) angewandt werden, wie es in Fig. 11 zu sehen ist. Bei diesen Anordnungen kann gegebenenfalls sogar von der bloßen Rechteckform der Lichtquelle 150 in Draufsicht auf die XY-Ebene abgewichen werden, um vorteilhafte geometrische Ausgestaltungen der lichtemittierenden Fläche 100 zu ermöglichen.
Die Fig. 12 und 13 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Lichtquelleneinheit 120 mit einer Lichtquelle 150 und einem zugeordneten optischen Element 161 , das als ein sich im Querschnitt aufweitender stabförmiger Lichtleiter (Taper) ausgebildet ist. Der Lichtleiter kann aus festem Material gebildet sein, insbesondere aus einem UV- beständigen Glas (Quarzglas, Sol-Gel-Glas oder hohlraumbeschichtetes Aluminium). Andere Materialien, ggf. auch UV-beständige Kunststoffe hergestellt sein. Der Querschnitt in der XY-Ebene ist an die Geometrie der Lichtquelle 150 angepasst. Die der Lichtquelle 150 gegenüberliegende Oberfläche des optischen Elements 161 kann die lichtemittierende Fläche ausbilden. Denkbar ist grundsätzlich auch, dass sich weitere optische Elemente anschließen (Kombination mehrerer optischer Elemente).
Die Abmessungen der lichtemittierenden Fläche 100 sollten gegenüber der Emitteroberfläche der Einzellichtquellen 154 so gewählt werden, dass die Etendue möglichst erhalten bleibt. Für LEDs bedeutet dies im Allgemeinen, dass sich die Abmessung xe des Emitters der Einzellichtquelle 154 und die Abmessung xs der lichtemittierenden Fläche 100 jeweils in X-Richtung betrachtet wie folgt verhalten sollten: xe < xs ■ sin((a + ß)/2), und analog in y-Richtung: ye < ys ■ sin((y + ö)/2). Je enger der Abstrahlwinkel ist, desto größer kann durch den sich aufweitenden Taper (bzw. das optische Element 161 ) die lichtemittierende Fläche 100 ausgelegt sein.
Das als Primäroptik dienende optische Element 161 der Fig. 12 und 13 sowie auch entsprechende optische Elemente 162, 163, 164 gemäß den nachfolgend zu beschreibenden Fig. 14 bis 19 passen die von der Lichtquelle 150 bzw. den Einzellichtquellen 154 emittierte Strahlung an, um eine gemeinsame Strahlungsquelle auszubilden, die vom Reflektor 200 auch verarbeitet werden kann (Abstrahlung mit maximalem Winkel a, ß, y, ö und Größe der lichtemittierenden Fläche 100), so dass - wie beschrieben - möglichst die gesamte Strahlung erfasst wird und in homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke auf die zu bestrahlende Fläche 915 abgegeben wird.
In den Fig. 14 bis 16 ist ein zu den Fig. 12 und 13 alternatives Ausführungsbeispiel einer Lichtquelleneinheit 120 gezeigt. Es ist kompatibel mit jenen reihenweisen Anordnungen von Einzellichtquellen 150, die in den Fig. 9 bis 11 dargestellt sind. Jeder der Einzellichtquellen 150 ist dabei individuell ein eigenes optisches Element 162 zugeordnet, das als CPC (Compound-Parabolic-Concentrator, Beispiel einer nichtabbildenden Optik) ausgeführt ist. Diese ebenfalls als Lichtleiter oder auch als Tunnel ausgebildeten optischen Elemente 162 besitzen jeweils eine der Einzellichtquelle 150 zugewandte Lichteintrittsfläche, die der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegt, wie es am besten in Fig. 16 zu sehen ist, die den Weg der Strahlung 300 durch das optische Element 162 zeigt. Die Gesamtheit dieser Lichtaustrittsflächen bildet die lichtemittierende Fläche 100. Die lichtemittierende Fläche 100 braucht mithin auch nicht unbedingt zusammenhängend ausgebildet zu sein. Vorzugsweise bilden die Lichtaustrittsflächen aber die Lichtquellenebene 105 aus. Der Weg der Strahlung 300 in Fig. 16 verdeutlicht noch einmal, wie durch eine Vergrößerung der Lichtaustrittsfläche gegenüber der Lichteintrittsfläche (durch einen Taper) der Abstrahlwinkel gegenüber 90° (unter Erhalt der Etendue) verkleinert werden kann.
In Fig. 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtquelleneinheit 120 gezeigt. Hierbei ist ein der Lichtquelle 150 bzw. jeweils jeder Einzellichtquelle 154 gegenüberliegendes optisches Element 163 vorgesehen, das als Linse ausgebildet ist. Linsen könne insbesondere als individuelle Primäroptik für ein Array von Emittern (Einzellichtquellen 150, UV-LEDs, UV-C-LEDs) verwendet werden. Anhand der Linsen kann ebenfalls ein verringerter Abstrahlwinkel erzielt werden, wie dem Gang der Strahlung in Fig. 17 zu entnehmen ist. Die individuelle Lichtaustrittsfläche ist hierbei gekrümmt. Die aus der Vielzahl von einzelnen Linsen zusammengesetzte Fläche bildet allerdings im Ergebnis durch ihre Anordnung eine Ebene aus, die hierin als Lichtquellenebene 105 bezeichnet wird. Liegt überhaupt nur eine einzige Linse als optisches Element 163 vor, so wird die Lichtquellenebene 105 durch eine zur entsprechenden optischen Achse senkrechte Ebene festgelegt, die an der Lichtaustrittsfläche der Linse anliegt.
Anstelle der oben rein beispielhaft vorgestellten optischen Elemente 161 und 162 können auch Vielzahlen einzelner lichtleitender Stäbe als optische Elemente dienen (nicht gezeigt).
In den Fig. 18 und 19 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lichtquelleneinheit 120 mit einem optischen Element 164 dargestellt, das als ein Licht absorbierender Ring ausgebildet ist, der z.B. aus einem Metall wie Aluminium oder Stahl mit einem inneren Loch gebildet ist. Statt der Eigenschaft, Licht zu absorbieren, kann der Rand auch zur Innenseite hin reflektierend beschichtet sein, wobei die innere Randfläche ggf. konisch ausgebildet sein kann, um den Abstrahlwinkel zu verringern. Der Zweck des absorbierenden Rings besteht darin, die Winkel der austretenden Strahlung 300 an die gegenüber der Lichtquellenebene 105 von Seiten des Reflektors 200 bestehenden Anforderungen anzupassen. Es kann sich auch um ein absorbierendes Rechteckrohr handeln. Die Sicherheit der Vorrichtung insgesamt kann durch solche absorbierenden Elemente verbessert werden, indem horizontal austretende Strahlung vermieden wird. Wie beschrieben können die optische Elemente 161 , 162, 163 und/oder 164 auch kombiniert werden, z. B. Stäbe oder Linsen und absorbierende Ringe.
Die Fig. 20 zeigt einen Querschnitt durch die optische Vorrichtung 10 mit Lichtquelleneinheit 120 und Reflektor 200. Die Fig. 20 zeigt dabei ein optionales Blockierelement 400, das sich rund um den Rand des Reflektors 200 herum erstreckt. Die Strahlen 311 und 312 bezeichnen in der Figur den Rand des Strahlungsfelds mit größtmöglicher Ablenkung bei der Reflektion. Das Blockierelement 400 weist im Querschnitt Abschnitte 411 und 412 auf, die sicherstellen, dass bspw. durch Fertigungstoleranzen oder Montagefehler größere Ablenkungswinkel dieser Randstrahlen 311 und 312 nicht über einen vorab festgelegten Bereich hinaus gehen, sondern durch das Blockierelement absorbiert werden. Die die Abschnitte 411 und 412 verbindende, schwach strichpunktierte Linie ist rein schematisch und nicht Teil des Querschnitts: sie soll lediglich verdeutlichen, dass das Blockierelement 400 zusammenhängend den Rand des Reflektors 200 umgeben kann.
Die Fig. 21 zeigt eine rein beispielhafte Anordnung der optischen Vorrichtung 10 mit Lichtquelleneinheit 120 und Reflektor 200 im Bereich der Raumdecke 910. Die durch die lichtemittierende Fläche 100 festgelegte Lichtquellenebene 105 erstreckt sich horizontal im Raum und parallel zur Raumdecke 910. Die Lichtquellenebene 105 weist einen Abstand 901 zur Raumdecke 910 bzw. zur darin vorab festgelegten zu bestrahlenden Oberfläche 915 auf. Eine Unterkante des Reflektors 200 bildet eine am höchsten gelegene Position für die Safe-Zone im Raum, bezeichnet in Fig. 21 durch die horizontale Fläche bzw. Linie 920. Da die Raumdecke 910 großflächig bestrahlt wird, nimmt zumindest in einem Raumbereich unterhalb der zu bestrahlenden Fläche 915 die Bestrahlungsstärke durch die reflektierte Strahlung 950 (siehe Fig. 2) mit zunehmendem Abstand 902 von der Raumdecke nicht so schnell ab. Durch die beschriebenen Aspekte und Ausführungsbeispiele ist diese aber so homogen verteilt, dass die Werte der Bestrahlungsstärke hinreichend gering ausfallen und die Safe- Zone (Linie 920) bereits nahe unter dem Reflektor festgelegt werden kann. In Fig. 22 ist in Draufsicht das Ergebnis einer Berechnung der in Fig. 3 gezeigten Freiform zu sehen: für eine Projektion auf die zu bestrahlende Fläche 915 mit der Länge 911 in Y-Richtung von 5 m und der Breite 912 in X-Richtung von 2,5 m ist darin eine weitgehend homogene Verteilung 913 der Bestrahlungsstärke zu erkennen. Der Berechnung liegt weiter zugrunde, dass die Vorrichtung 0,5 m unterhalb der Fläche 915 an der Position (x,y) = (0,-2500 mm) liegt. Die Lichtquelle 150 hat die Abmessungen 4 x 0.5 mm. Der Abstand 199 von der Lichtquelle 150 zum Reflektor 200 beträgt 10 mm. Die Lichtquelle 150 hat eine Leistung von 1 W. Auf der rechten Seite ist in doppeltlogarithmischer Darstellung ein Histogramm der für alle Flächenelemente der Fläche 915 ermittelten Werte aufgetragen. Die Werte des Histogramms sind in Einheiten von W/mm2 angegeben. Der überwiegende Teil der Flächenelemente in der Fläche 915 weist umgerechnet eine Bestrahlungsstärke von 3,51 bis 10,4 pW/cm2 auf.
Es ist anzumerken, dass einer Modifikation der obigen Ausführungsbeispiel zufolge die Raumdecke 910 beziehungsweise die zu bestrahlende Fläche 915 mit einer photokatalytisch wirksamen Schicht beschichtet sein kann. Diese Schicht kann zum Beispiel Titandioxid umfassen. In diesem Fall können die oben beschriebenen Einzellichtquellen 154 durchaus auch als UV-A-LEDs oder als UV-B-LEDs ausgebildet sein, die Licht in den entsprechenden Wellenlängenbereichen emittieren. Auch Kombinationen aller genannten LED-Typen sind denkbar. Durch das von der optischen Vorrichtung eingestrahlte UV-Licht werden an der Oberfläche beispielsweise der Titandioxidschicht Radikale gebildet, welche in der Lage sind, organische Substanzen, darunter auch Keime oder Viren, zu zersetzen und gasförmige Stoffe zu oxidieren.
Die optische Vorrichtung 10 gemäß den oben gezeigten Ausführungsbeispielen kann weitere Komponenten wie etwa eine Ansteuerungselektronik (nicht gezeigt) aufweisen. Die Ansteuerelektronik kann eine dimmbare LED-Ansteuerschaltung beinhalten. Durch die Dimmfunktion kann die Vorrichtung auf eine optimal keiminaktivierende Wirkung eingestellt werden und gleichzeitig die Anforderungen an die Sicherheitszone erreichen. Da die optischen Eigenschaften der Raumdecke 910 und der Wände nicht überall gleich sind, kann durch die Ansteuerungselektronik der Treiberstrom so eingestellt werden, dass die Sicherheitsanforderungen bei der Installation noch erreicht werden.
Ferner kann die optische Vorrichtung 10 eine Kühlung (nicht gezeigt) aufweisen. Dabei ist es sinnvoll, die LEDs an einer Wärmeabführleitung zu montieren. Die Wärmeabführleitung kann die abgeführte Wärme unter oder neben den Reflektor leiten. Dadurch wird nur wenig Nutzstrahlung durch die Wärmeabführleitung, etwaige Kühlkörper oder einen entsprechenden Lüfter blockiert.
Darüber hinaus kann optische Vorrichtung 10 eine Justagemechanik aufweisen (nicht gezeigt). Mit dieser kann durch Kippen der optischen Vorrichtung 10 die Reichweite (oder die Länge 911 der zu bestrahlenden Fläche 915 in Y-Richtung) während der Installation oder später im Betrieb angepasst werden. Dies lässt sich mit Standardkomponenten (Gelenk, Arm, Gehäuse, Feststellelemente) leicht bewerkstelligen.
Außerdem können in Kombination mit der optischen Vorrichtung 10 ein oder mehrere Ventilatoren für erzwungene Konvektion vorgesehen sein. Um ein noch besseres keimtötendes Ergebnis zu erzielen, können diese Ventilatoren an geeigneten Positionen installiert werden, damit kann ein Austausch zwischen den Luftschichten in der keimtötenden Zone und den darunter liegenden Luftschichten erzwungen werden.
Ferner kann die optische Vorrichtung 10 durch den Einbau von UV-C-Sensoren oder fluoreszierenden Materialien erweitert werden, die die UV-C-Strahlung in der Sicherheitszone erkennen oder sichtbar machen. Beispielweise kann eine Rückkopplung solchermaßen vorgesehen sein, dass, wenn durch die UV-C-Sensoren ein Überschreiten eines Grenzwerts in der Safe-Zone erfasst wird, ein Signal erzeugt wird, anhand dessen die Ansteuerelektronik die Leistung (z.B. den Treiberstrom) anpasst, mit welchem die UV-C-LEDs versorgt werden. Ein Überschreiten kann z.B. von einer zusätzlichen Reflexion von Seitenwänden herrühren, oder von einem vor Installation zu gering eingeschätzten Reflexionsvermögen der Raumdecke 910, etc. Andererseits können durch die Messung über Sensoren der Degradation der UV-C- LEDs über deren Lebensdauer hinweg Rechnung getragen werden, indem die Leistung auf solche gerade noch mit der Safe-Zone verträgliche Werte nachgeregelt wird. Auch ein komplettes Abschalten mit optionalem Warnsignal ist denkbar.
BEZUGSZEICHENLISTE: optische Vorrichtung lichtemittierende Fläche der Lichtquelleneinheit 120 (Lichtaustrittsfläche des optischen Elements, falls vorhanden)
Breite (lichtemittierende Fläche)
Länge (lichtemittierende Fläche)
Lichtquellenebene, aufgespannt durch lichtemittierende Fläche(n) 100
Lichtquelleneinheit
Lichtquelle
Breite (Lichtquelle)
Länge (Lichtquelle)
Einzellichtquelle (UV-LED, UV-C-LED) optisches Element (Lichtleiter, Stab, Taper) optisches Element (CPC) optisches Element (Linse) optisches Element (Licht absorbierender Ring)
Abstand lichtemittierende Fläche - Reflektor
Reflektor, mit Freiform
Höhe (Reflektor)
Breite (Reflektor)
Länge (Reflekor)
Strahlung , 312 Randstrahlung (maximaler Reflexionswinkel)
Blockierelement , 412 Abschnitte (Blockierelement) 900 kartesisches Koordinatensystem (X, Y, Z)
901 Abstand zu bestrahlende Fläche - Lichtquellenebene
902 Abstand von Raumdecke (z.B. Safe-Zone)
910 Raumdecke
911 Länge (der zu bestrahlenden Fläche) in Y-Richtung
912 Breite (der zu bestrahlenden Fläche) in X-Richtung
913 Verteilung der Bestrahlungsstärke (homogen)
915 zu bestrahlende Fläche
920 Safe-Zone (Obergrenze)
950 von Fläche 915 reflektierte Strahlung
Z Hauptabstrahlrichtung (lichtemittierende Fläche) a, ß Winkelbereich (maximaler Abstrahlwinkel relativ zur Hauptabstrahlrichtung in XZ-Ebene)
Y. ö Winkelbereich (maximaler Abstrahlwinkel relativ zur Hauptabstrahlrichtung in YZ-Ebene)

Claims

Ansprüche:
1 . Optische Vorrichtung (10) für die Desinfektion oberer Luftschichten in einem Raum, umfassend: eine Lichtquelleneinheit (120), umfassend eine Lichtquelle (150) und eine lichtemittierende Fläche (100), die eine Lichtquellenebene (105) festlegt und eingerichtet ist, Strahlung (300) in einem UV-Wellenlängenbereich abzugeben, wobei die lichtemittierende Fläche (100) eingerichtet ist, die Strahlung (300) aus der Lichtquelleneinheit (120) in einem Winkelbereich (a, ß, y, ö) relativ zu einer Hautabstrahlrichtung (Z) abzugeben, die in Bezug auf die Lichtquellenebene (105) senkrecht steht; einen Reflektor (200), der in einem in der Hautabstrahlrichtung (Z) vorbestimmten Abstand (199) von der lichtemittierenden Fläche (100) angeordnet ist und die von der lichtemittierenden Fläche (100) abgegebene Strahlung (300) empfängt und zumindest entgegen der Hauptabstrahlrichtung (Z) reflektiert, wobei der Reflektor (200) eine Freiform aufweist, die derart ausgelegt ist, dass die von dem Reflektor (200) reflektierte Strahlung (300) auf eine in dem Raum festgelegte, zu bestrahlende Fläche (915) geworfen wird, die sich entgegen der Hauptabstrahlrichtung (Z) vom Reflektor (200) aus betrachtet jenseits der Lichtquellenebene (105) erstreckt, wobei eine Verteilung der Bestrahlungsstärke der vom Reflektor (200) auf die Fläche geworfenen Strahlung (300) innerhalb der Fläche im Wesentlichen homogen ist.
2. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 , wobei die Lichtquelle (150) eine oder mehrere Einzellichtquellen (154), insbesondere UV-LEDs, bevorzugt UV-C-LEDs umfasst.
3. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, wobei die Lichtquelleneinheit (120) ein optisches Element (161 , 163, 164) oder mehrere optische Elemente (162) umfasst, das beziehungsweise die der einen oder den mehreren UV-LEDs zugeordnet ist beziehungsweise sind, wobei die lichtemittierende Fläche (100) durch das eine oder die mehreren optischen Elemente (161 , 162, 163, 164) ausgebildet wird. 4. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, wobei das eine optische Element (161 ) oder die mehreren optische Elemente (162) durch einen sich von der Lichtquelle (150) ausgehend im Querschnitt zunehmenden Lichtleiter nach Art eines Tapers ausgebildet wird beziehungsweise werden.
5. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, wobei das eine optische Element (163) oder die mehreren optischen Elemente eine Linse umfassen beziehungsweise umfassen.
6. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, wobei das optische Element (164) einen Licht absorbierenden Ring umfasst, welcher einen mittleren Bereich mit der lichtemittierenden Fläche (100) umschließt.
7. Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die lichtemittierende Fläche (100) eine Länge (102) in einer zu der
Hauptabstrahlrichtung (Z) senkrechten ersten Richtung (X) und eine Breite (101 ) in einer zu der Hauptabstrahlrichtung (Z) senkrechten zweiten Richtung (Y) besitzt, die zusammen die Quellenebene (105) aufspannen, wobei die Länge (102) größer als die Breite (101 ) ist.
8. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7, wobei die Länge (102) der lichtemittierenden Fläche (100) in der ersten Richtung (X) 16 mm oder weniger beträgt, vorzugsweise 8 mm oder weniger, weiter bevorzugt 4 mm oder weniger, und/oder die Breite (101 ) der lichtemittierenden Fläche (100) in der ersten Richtung (Y) 2 mm oder weniger beträgt, vorzugsweise 1 mm oder weniger, weiter bevorzugt 0,5 mm oder weniger.
9. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei ein Aspektverhältnis der Länge (102) gegenüber der Breite (101 ) 32 oder weniger, bevorzugt 16 oder weniger, weiter bevorzugt 12 oder weniger beträgt, und/oder wobei ein Aspektverhältnis der Länge (102) gegenüber der Breite (101 ) 2 oder mehr beträgt, vorzugsweise 4 oder mehr, weiter bevorzugt 6 oder mehr.
10. Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente (161 , 162, 163, 164) und die lichtemittierende Fläche (100) eingerichtet sind, Strahlung (300) in einem ersten Winkelbereich (a, ß) relativ zur Hautabstrahlrichtung (Z) innerhalb einer durch die erste Richtung (X) und die Hautabstrahlrichtung (Z) aufgespannten Ebene abzugeben, wobei ein maximaler Winkel des ersten Winkelbereichs (a, ß) 30° oder mehr, vorzugsweise 45° oder mehr, und 90° oder weniger, vorzugsweise 85° oder weniger beträgt.
11 . Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das eine oder die mehreren optischen Elemente (161 , 162, 163, 164) und die lichtemittierende Fläche (100) eingerichtet sind, Strahlung (300) in einem zweiten Winkelbereich (y, ö) relativ zur Hautabstrahlrichtung (Z) innerhalb einer durch die zweite Richtung (Y) und die Hautabstrahlrichtung (Z) aufgespannten Ebene abzugeben, wobei ein maximaler Winkel des zweiten Winkelbereichs (y, ö) 30° oder mehr, vorzugsweise 45° oder mehr, und 90° oder weniger, vorzugsweise 70° oder weniger beträgt.
12. Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei der vorbestimmte Abstand (199) zwischen der der lichtemittierenden Fläche
(100) und dem Reflektor (200) in der Hautabstrahlrichtung (Z) 20 mm oder weniger beträgt, vorzugsweise 10 mm oder weniger, und 2 mm oder mehr beträgt, bevorzugt 4 mm oder mehr.
13. Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Freiform des Reflektors (200) so ausgelegt ist, dass sich die mit homogener Verteilung der Bestrahlungsstärke zu bestrahlende Fläche (915) im Wesentlichen in einer zweiten Richtung (Y) senkrecht zu der Hauptabstrahlrichtung (Z) ausgehend von einer Achse erstreckt, die sich entlang der Hauptabstrahlrichtung (Z) durch die lichtemittierende Fläche (100) erstreckt. 14. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 13, wobei sich die zu bestrahlende Fläche (915) im Wesentlichen parallel zu der Lichtquellenebene (105) erstreckt, und ein Verhältnis zwischen der Länge in der zweiten Richtung (Y) und einem Abstand der zu bestrahlenden Fläche (915) von der Lichtquellenebene (105) von 15 oder weniger, vorzugsweise 10 der weniger, und 2,5 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr beträgt, und/oder ein Verhältnis zwischen der Breite in der ersten Richtung (X) und dem Abstand der zu bestrahlenden Fläche (915) von der Lichtquellenebene (105) von 15 oder weniger, vorzugsweise 10 m oder weniger, und 2,5 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr beträgt.
15. Optische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Freiform des Reflektors (200) spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene ausgebildet ist, die durch die Hauptabstrahlrichtung (Z) und die zweite Richtung (X) aufgespannt wird, und bevorzugt: eine Höhe (201 ) in der Hauptabstrahlrichtung (Z) in einem Bereich von 15 mm bis 90 mm besitzt; eine Breite (202) in der ersten Richtung (X) in einem Bereich von 40 mm bis 180 mm besitzt; eine Länge (203) in der zweiten Richtung (Y) in einem Bereich von 50 mm bis 250 mm besitzt.
16. Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend: ein Blockierelement (400), das Strahlung (300) absorbiert oder reflektiert, die aufgrund ihres Abstrahlungswinkels ausgehend von der lichtemittierenden Fläche (100) über einen Rand der Freiform des Reflektors (200) hinausgeht.
17. Optische Vorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Lichtquelle (150) eine oder mehrere Einzellichtquellen (154) umfasst, die eingerichtet sind, Licht im UV-A-Wellenlängenbereich oder im UV-B- Wellenlängenbereich zu emittieren, wobei die zu bestrahlende Fläche (915) mit einer in Verbindung mit Photokatalyse wirksamen Schicht beschichtet ist, insbesondere mit Titandioxid.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022123220A1 (de) 2022-09-12 2024-03-14 Osram Gmbh Optische vorrichtung für die desinfektion oberer luftschichten in einem raum

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000071930A1 (en) * 1999-05-20 2000-11-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Luminaire with leds
US20080204888A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-28 Peter Kan Optical system for luminaire
KR101939355B1 (ko) * 2018-05-08 2019-01-16 미미라이팅주식회사 가시광 살균기능 겸용 led 조명등기구
CN113694240A (zh) * 2021-07-26 2021-11-26 西安交通大学 一种人机共存的空气病毒灭活装置
WO2022086965A1 (en) * 2020-10-19 2022-04-28 Apogee Lighting Holdings, Llc Light fixture with uv disinfection
US20220202984A1 (en) * 2020-03-16 2022-06-30 UL Med Inc. Germicidal devices and applications of same
WO2022153128A2 (en) * 2021-01-15 2022-07-21 Holt, Stuart Intense upper air uvc projector combined with a uvc absorbing screen, an assisted convection operating coanda effect & a human presence detection.
JP2022167714A (ja) * 2021-04-24 2022-11-04 株式会社アルサ 室内殺菌装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111282012B (zh) 2020-02-17 2021-07-13 西安交通大学 针对空间上层空气杀菌的人机共存的紫外灯管辐照系统
EP3922278A1 (de) 2020-06-11 2021-12-15 Smart United GmbH Leuchte und system mit wandartigen strahlungsfeldern zur verhinderung oder minimierung der verbreitung von krankheitserregern in raumluft

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000071930A1 (en) * 1999-05-20 2000-11-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Luminaire with leds
US20080204888A1 (en) * 2007-02-16 2008-08-28 Peter Kan Optical system for luminaire
KR101939355B1 (ko) * 2018-05-08 2019-01-16 미미라이팅주식회사 가시광 살균기능 겸용 led 조명등기구
US20220202984A1 (en) * 2020-03-16 2022-06-30 UL Med Inc. Germicidal devices and applications of same
WO2022086965A1 (en) * 2020-10-19 2022-04-28 Apogee Lighting Holdings, Llc Light fixture with uv disinfection
WO2022153128A2 (en) * 2021-01-15 2022-07-21 Holt, Stuart Intense upper air uvc projector combined with a uvc absorbing screen, an assisted convection operating coanda effect & a human presence detection.
JP2022167714A (ja) * 2021-04-24 2022-11-04 株式会社アルサ 室内殺菌装置
CN113694240A (zh) * 2021-07-26 2021-11-26 西安交通大学 一种人机共存的空气病毒灭活装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VERÖFFENTLICHUNG RIES, HMUSCHAWECK, J.: "Tailored freeform optical surfaces", J. OPT. SOC. AM. A, vol. 19, no. 3, March 2002 (2002-03-01), XP055015375, DOI: 10.1364/JOSAA.19.000590

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