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Title:
LIGHT MIXING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/103556
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for mixing the light of an elongated primary light source (1) with that of a point-type secondary light source (2). Said device is characterised in that light is conducted from the secondary light source (2) to the primary light source (1) along at least one light-conduction device (3), which consists of at least one light-conduction wall (31, 32, 33, 34) and that the light is mixed in the primary light source (1).

Inventors:
HUTER JOHANNES (AT)
Application Number:
PCT/AT2005/000135
Publication Date:
November 03, 2005
Filing Date:
April 20, 2005
Export Citation:
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Assignee:
ZUMTOBEL STAFF GMBH (AT)
HUTER JOHANNES (AT)
International Classes:
F21S8/00; F21V7/00; (IPC1-7): F21S8/00
Domestic Patent References:
WO2002066892A12002-08-29
Foreign References:
EP1152186A12001-11-07
DE29923835U12001-04-05
DE10233768A12004-02-12
Attorney, Agent or Firm:
Weiser, Andreas (Wien, AT)
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Description:
Vorrichtung zur Lichtmischung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mischung des Lichtes einer räumlich ausgedehnten Hauptlicht- quelle und des Lichtes mindestens einer punktförmigen Neben¬ lichtquelle, insbesondere für Leuchten oder Lampen. Bekannterweise kann durch Lichtmischung von zwei Licht¬ quellen unterschiedlicher Lichtfarbe die Lichtfarbe der Misch¬ lichtstrahlung günstig beeinflußt werden. Beispielsweise kann das kalte Licht einer Hauptlichtquelle, z.B. einer Leuchtstoff¬ lampe, durch Zumischung von rotfarbenem Licht einer Nebenlicht¬ quelle, z.B. einer Leuchtdiode, zu einem warmen Licht gemischt werden. Durch Mischung von Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung kann z.B. ein Mischlicht mit besonders günsti- gen spektralen Eigenschaften, insbesondere mit besonders gün¬ stigen Farbwiedergabeeigenschaften, erzielt werden. Es ist bekannt, eine solche Lichtmischung dadurch zu be¬ wirken, daß die Hauptlichtquelle und die Nebenlichtquelle mög¬ lichst nahe nebeneinander angeordnet werden. Nachteilig ist dabei, daß die Lichtquellen nicht beliebig nahe aneinander angeordnet werden können, da Lichtquellenele¬ mente, wie z.B. Glaskolben, eine Begrenzung darstellen oder weil durch die räumliche Nähe der beiden Lichtquellen eine un¬ günstige wechselseitige thermische Beeinflussung der beiden Lichtquellen erfolgt. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Lichtmischung stets un¬ vollständig ist, insbesondere da keine Mischung von unter¬ schiedlichen winkelabhängigen Lichtabstrahlcharakteristiken der beiden Lichtquellen stattfindet. Dies kann zu farbigen Abbil- düngen bei Anwendungen zur Beleuchtung von einfarbigen, z.B. weißen, Oberflächen führen. Weiters ist es bekannt, die Lichtmischung unter Verwendung von zusätzlichen Lichtstreuvorrichtungen zu erzielen, denen das Licht der Hauptlichtquelle und das Licht der Nebenlichtquelle zugeführt wird und wo dann die Lichtmischung erfolgt. Hier er- gibt sich das Problem, daß die Energieeffizienz beschränkt ist und üblicherweise unter 50% beträgt. Darüberhinaus nimmt die Lichtstreuvorrichtung ein großes Volumen ein, welches üblicher¬ weise den Raumbedarf der Hauptlichtquelle und der Nebenlicht- quelle um ein Vielfaches übersteigt. Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Vor¬ richtung zur Lichtmischung zu schaffen, welche die Nachteile und Grenzen der bekannten Lösungen überwindet. Die Erfindung setzt sich insbesondere zum Ziel, eine solche Lichtmischvor- richtung zu schaffen, die ein einfaches Nachrüsten bestehender Lampen und Leuchten ermöglicht. Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung der eingangs ge¬ nannten Art erreicht, die sich gemäß der Erfindung dadurch aus¬ zeichnet, daß entlang von einer Lichtleitvorrichtung, welche aus mindestens einer Lichtleitwandung besteht, eine Lichtlei¬ tung von der Nebenlichtquelle zur Hauptlichtquelle erfolgt, wo¬ bei die Lichtmischung an der Hauptlichtquelle stattfindet. Auf diese Weise wird eine Lichtmischvorrichtung erreicht, welche alle obengenannten Nachteile der bekannten Lösungen überwindet und insbesondere ein besonders einfaches und platz¬ sparendes Nachrüsten bestehender Lampen und Leuchten ermög¬ licht. Bevorzugt wird vorgesehen, daß der Abstand der Nebenlicht¬ quelle zur Hauptlichtquelle mindestens das 1-fache, insbeson- dere mindestens das 2-fache, insbesondere mindestens das 4-fache der minimalen Hauptlichtquellenausdehnung beträgt. Vor¬ teilhafterweise wird damit eine thermische Kopplung zwischen Hauptlichtquelle und Nebenlichtquelle minimiert. Bevorzugt wird vorgesehen, daß mindestens 25%, insbeson- dere mindestens 45%, insbesondere mindestens 60% des Lichtstro¬ mes der Nebenlichtquelle durch die Lichtleitvorrichtung zur Hauptlichtquelle geleitet wird. Damit kann vorteilhafterweise eine besonders einfache Vorrichtung mit beispielsweise nur ei¬ ner einzigen Nebenlichtquelle geschaffen werden. Bevorzugt wird vorgesehen, daß der zur Hauptlichtquelle zugeleitete Lichtstrom der Nebenlichtquelle maximal 30%, insbe¬ sondere maximal 15%, insbesondere maximal 8% des Lichtstromes der Hauptlichtquelle beträgt. Damit wird vorteilhafterweise ein Optimum von spektral günstigen Eigenschaften, insbesondere der Farbwiedergabeeigenschaften des Mischlichtes erzielt. Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Lichtmischung an einer zur Hauptlichtquelle zugehörigen teiltransmittierenden licht¬ streuenden Oberfläche erfolgt, da dadurch vorteilhafterweise eine besonders einfache und eine besonders effiziente Lichtmi¬ schung erzielt wird. Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Hauptlichtquelle eine Leuchtstofflampe ist, und die teiltransmittierende lichtstreu¬ ende Oberfläche durch die Fluoreszenzschicht der Leuchtstoff- lampe gebildet ist. Für die Lichtmischung weist vorteilhafter¬ weise die Fluoreszenzschicht einer Leuchtstofflampe besonders gute Lichtstreueigenschaften bei gleichzeitig besonders kleinen Lichtabsorptionsverlusten auf. Besonders bevorzugt wird vorgesehen, daß die Hauptlicht- quelle durch eine stabförmige Leuchtstofflampe mit linearer Erstreckungsrichtung gebildet ist. Vorteilhafterweise stellt dieser Typ der Leuchtstofflampe eine besonders einfache und ko¬ stengünstige Hauptlichtquelle dar. Besonders bevorzugt wird vorgesehen, daß die Hauptlicht- quelle durch eine ringförmige Leuchtstofflampe mit kreis- oder kreisbogenförmiger Erstreckungsrichtung gebildet ist. Vorteil¬ hafterweise kann bei diesem Typ der Leuchtstofflampe die Neben¬ lichtquelle und die Lichtleitvorrichtung raumsparend innerhalb des Kreisbogens angeordnet werden. Besonders bevorzugt wird vorgesehen, daß die Hauptlicht¬ quelle durch eine Kompaktleuchtstofflampe gebildet ist, insbe¬ sondere wird vorgesehen, daß die Kompaktleuchtstofflampe durch zumindest zwei Teilstücke mit linearer Erstreckungsrichtung, welche zueinander parallel angeordnet sind, gebildet ist. Mit diesem Typ der Leuchtstofflampe wird vorteilhafterweise die Lichtvorrichtung ebenfalls kompakt. Besonders vorteilhafterweise ist die Kompaktleuchtstoff- lampe durch mindestens zwei parallele Teilstücke gebildet, da dafür mit nur einer besonders kompakten Lichtleitvorrichtung an beide Teilstücke der Leuchtstofflampe das Licht der Nebenlicht¬ quelle zugeführt werden kann. Bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Nebenlicht¬ quelle durch mindestens eine Leuchtdiode (LED) gebildet ist. LEDs zeichnen sich durch ihre geringe Ausdehnung, sowie weiters durch die einfache Zugänglichkeit der lichtemittierenden Ober¬ fläche aus. Vorteilhafterweise kann damit die Lichtleitvorrich¬ tung besonders kompakt und besonders effizient ausgebildet wer¬ den. Besonders bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Nebenlichtquelle durch mindestens eine Leuchtdiode mit einer rotfarbenen bis orangefarbenen Lichtabstrahlung gebildet ist; insbesondere wird vorgesehen, daß zumindest eine Nebenlicht¬ quelle durch mindestens eine weitere Leuchtdiode mit einer gelbfarbenen bis grünfarbenen Lichtabstrahlung gebildet ist. Damit können die spektralen Defizite von Leuchtstofflampen im rot-orangen Wellenlängenbereich durch Zumischung ergänzt und korrigiert werden. Vorteilhafterweise kann damit ein warmes Mischlicht erzeugt werden. Durch Zumischung mit mindestens ei- ner weiteren LED mit gelbfarbener bis grünfarbener Lichtab¬ strahlung wird besonders vorteilhafterweise die Farbwiedergabe¬ güte des Mischlichtes optimiert. Bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Lichtleit¬ wandung durch eine hochglänzende Oberfläche mit einem Lichtre- flexionsgrad größer als 80%, insbesondere größer als 90%, ins¬ besondere größer als 95% gebildet ist. Vorteilhafterweise kann damit eine hocheffiziente Lichtleitvorrichtung besonders kostengünstig, z.B. durch Reflektorblech, realisiert werden. Bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Lichtleit- wandung zumindest teilweise gekrümmt oder geknickt ausgebildet ist, entlang der eine Lichtlenkung von der Nebenlichtquelle zur Hauptlichtquelle durch einseitige Ablenkung erfolgt. Vorteil¬ hafterweise kann damit besonders einfach und effizient eine von der Geraden abweichende Lichtumlenkung der Lichtleitvorrichtung erzielt werden. Bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Lichtleit¬ vorrichtung durch eine Lichtleitwandung gebildet ist, welche zur Lichtlenkung der von der Hauptlichtquelle abgehenden Misch¬ lichtstrahlung gemäß üblicher Leuchtenkonstruktionsprinzipien ausgebildet ist, sodaß gleichzeitig eine Lichtlenkung der lichtgemischten Strahlung erfolgt. Somit ist vorteilhafterweise eine besonders einfache erfindungsgemäße Vorrichtung geschaf¬ fen. Bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Lichtleitvorrichtung aus zumindest zwei Lichtleitwandungen besteht, zwischen denen die Lichtleitung von der Nebenlichtquelle zur Hauptlichtquelle durch wechselseitige Ablenkung erfolgt; insbesondere wird vorgesehen, daß je zwei Lichtleitwandungen zueinander parallel angeordnet sind. Vor- teilhafterweise ist damit die Lichtleitvorrichtung besonders kompakt und effizient. Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Erstreckungsrichtung der Lichtleitwandungen mit der Erstreckungsrichtung der Haupt¬ lichtquelle identisch ist. Damit erfolgt die Lichtmischung zur Hauptlichtquelle besonders gleichmäßig verteilt, wodurch vorteilhafterweise eine besonders gleichmäßige Lichtmischung erzielt werden kann. Bevorzugt wird vorgesehen, daß Lichtleitwandungen in Form geometrischer Ebenen ausgebildet sind. Vorteilhafterweise kön- nen solche Lichtleitwandungen besonders einfach und kostengün¬ stig, z.B. in plattenförmiger Ausführung, realisiert werden. Eine bevorzugte Dimensionierung der Ausdehnung der Licht¬ leitvorrichtung sieht vor, daß die Stärke der Lichtleitvorrich¬ tung maximal das 1,5-fache und minimal das 0,75-fache der mini- malen Hauptlichtquellenausdehnung beträgt. Dabei wird die Hauptlichtquelle zumindest teilweise von der Lichtleitvorrich¬ tung umfaßt. Zusätzlich zur Einleitung des Lichtes von der Ne¬ benlichtquelle kann damit eine Ausleitung des Mischlichtes er¬ folgen, wodurch vorteilhafterweise eine besonders einfache er- findungsgemäße Vorrichtung geschaffen ist. Eine bevorzugte alternative Dimensionierung der Ausdehnung der Lichtleitvorrichtung sieht vor, daß die Stärke der Licht¬ leitvorrichtung maximal das 3-fache und minimal das 1-fache der Nebenlichtquellenausdehnung beträgt. Dabei wird der Durchmesser bzw. die Breite der" lichtemittierenden Oberflächen der Neben¬ lichtquelle möglichst kompakt und zur Gänze umfaßt. Vorteil¬ hafterweise wird damit eine besonders kompakte Lichtleitvor¬ richtung gebildet. Bevorzugt wird vorgesehen, daß zumindest eine Lichtleit- Vorrichtung volumenfüllend durch ein transparentes Material mit einem optischen Brechungsindex von größer als 1,4 gebildet ist, und somit totalreflektierende Lichtleitwandungen durch den je¬ weiligen Luft-Materialübergang gebildet sind. Vorteilhafter¬ weise kann damit eine verlustfreie Lichtleitung erzielt werden. Eine bevorzugte Ausführung der Lichtleitvorrichtung, bei der vorteilhafterweise besonders wenig Licht der Hauptlicht¬ quelle durch die Lichtleitvorrichtung verloren geht, sieht vor, daß die Lichtleitvorrichtung möglichst kompakt die lichtemit¬ tierende Oberfläche der Nebenlichtquelle erfaßt, insbesondere daß die Lichteintrittfläche der zumindest einen Lichtleitvor¬ richtung maximal das 4-fache, insbesondere maximal das 2-fache und minimal das 1-fache der lichtemittierenden Oberfläche der Nebenlichtquelle beträgt, und insbesondere wird vorgesehen, daß die Lichtleitvorrichtung stabförmig ist. Eine bevorzugte Ausführung der Lichtleitvorrichtung, bei der vorteilhafterweise besonders wenig Licht der Hauptlicht¬ quelle durch die Lichtleitvorrichtung verloren geht, sieht vor, daß die Lichtleitvorrichtung an den der Hauptlichtquelle abge¬ wandten Oberflächen zumindest teilweise mit einer reflektieren- den Schicht an jenen Stellen belegt oder hinterlegt ist, an de- nen keine Lichteinkopplung durch die zumindest eine Nebenlicht¬ quelle stattfindet. An diesen Stellen wird das von der Haupt¬ lichtquelle in die Lichtleitvorrichtung eingeleitete Licht zur Hauptlichtquelle zurückreflektiert. Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Lichtkopplung der Nebenlichtquelle und der Hauptlichtquelle an die Lichtleitvor¬ richtung durch Lichtkoppeleinrichtungen formbündig ausgebildet ist; insbesondere, daß die Lichtkoppeleinrichtungen durch re¬ flektierende Oberflächen gebildet sind. Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders hohe Effizienz der Lichtleitung erzielt. Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beige¬ schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nä¬ her erläutert. In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 die Vorrichtung der Erfindung schematisch im Schnitt; die Fig. 2 und 3 beispielhafte Ausführungsformen der Vor¬ richtung in schematischen Perspektivansichten; die Fig. 4, 5, 6 und 7 weitere beispielhafte Ausführungs¬ formen in schematischen Schnittansichten; und die Fig. 8 und 9 noch weitere beispielhafte Ausführungs¬ formen in schematischen Perspektivansichten. Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer räumlich ausgedehnten Hauptlichtquelle 1, einer punktförmigen Nebenlichtquelle 2 und einer Lichtleitvorrichtung 3. Die Lichtleitvorrichtung besteht zumindest aus einer Licht¬ leitwandung 32. Jene an die Lichtquellen anschließenden Teile der Lichtleitwandung sind als Lichtkoppeleinrichtungen 31 und 33 bezeichnet. Die Hauptlichtquelle 1 weist eine teiltransmittierende lichtstreuende Oberfläche 11 auf. Die minimale Hauptlichtquel¬ lenausdehnung 10 ergibt sich aus der minimalen Ausdehnung aller Querschnitte der räumlich ausgedehnten Hauptlichtquelle, welche den Lichtschwerpunkt der Hauptlichtquelle beinhalten. Die punktförmige Nebenlichtquelle befindet sich in einem Abstand 30 zur Hauptlichtquelle - dieser Abstand ist durch die minimale Entfernung der punktförmigen Nebenlichtquelle zu allen licht- emittierenden Oberflächenelementen der räumlich ausgedehnten Hauptlichtquelle charakterisiert. Die Stärke 39 der Lichtleitvorrichtung ist durch die durchschnittliche Ausdehnung der Lichtleitvorrichtung quer zur Lichtleitrichtung und gegebenenfalls quer zur Erstreckungsrich- tung der Hauptlichtquelle charakterisiert. Die Lichteintritts¬ fläche 5 der Lichtleitvorrichtung bezeichnet den Flächengehalt jener der Nebenlichtquelle zugewandten Seite der Lichtleitvor- richtung. Die Nebenlichtquelle ist durch eine (wenn auch kleine) Nebenlichtquellenausdehnung 29 der lichtemittierenden Oberfläche charakterisiert. Damit ist der Durchmesser bzw. die kleinere Seitenlänge der lichtemittierenden Oberfläche der Ne¬ benlichtquelle bezeichnet. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung mit einer Hauptlichtquelle 1, beispielsweise einer Leuchtstofflampe, mit drei stabförmigen Lichtleitvorrichtungen 3 und mit drei zugehö- rigen Nebenlichtquellen 2, beispielsweise Leuchtdioden. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführung mit einer Hauptlichtquelle 1, beispielsweise einer Leuchtstofflampe mit linearer Erstreckungsrichtung 4. Die Erstreckungsrichtung der gezeigten Lichtleitvorrichtung 3 ist identisch mit der Erstrek- kungsrichtung der Leuchtstofflampe, wodurch sich eine platten- förmige Lichtleitvorrichtung ergibt, welche beispielsweise als transparentes Material mit einem optischen Brechungsindex > 1,4 gebildet ist und somit eine verlustfreie Lichtleitung zwischen den totalreflektierenden Oberflächen stattfindet. Die Stärke der gezeigten Lichtleitvorrichtung ist der Ausdehnung der Ne¬ benlichtquellen 2 kompakt angepaßt und weist an Teilen der je- nen der Hauptlichtquelle abgewandten Flächen eine reflektie¬ rende Schicht 35 auf, wodurch vorteilhafterweise fast kein Licht der Hauptlichtquelle verloren geht. Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführung bei der die Stärke 39 der Lichtleitvorrichtung der minimalen Haupt- lichtquellenausdehnung 10 kompakt angepaßt ist. Damit ist die Lichtleitvorrichtung vorteilhafterweise sowohl zur Einleitung des Lichtes von der Nebenlichtquelle 2 als auch zur Ausleitung des von der Hauptlichtquelle ausgehenden Mischlichtes geeignet. Fig. 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung mit ei- ner Hauptlichtquelle 1, zwei Lichtleitvorrichtungen 3 und zwei Nebenlichtquellen 2. Fig. 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung mit re¬ flektierenden gekrümmten Lichtleitwandungen 34, mit denen lichtumlenkende Lichtleitvorrichtungen gebildet sind. Andere Teile der Lichtleitvorrichtung 3 sind beispielsweise aus trans¬ parentem Material mit einem optischen Brechungsindex > 1,4 ge¬ bildet und dienen so vorteilhafterweise zusätzlich als transpa¬ renter mechanischer Leuchtenabschluß. Fig. 7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung mit ge- krümmten Lichtleitwandungen 34, welche vorteilhafterweise zu¬ sätzlich zur kontrollierten Lichtlenkung der von der Haupt¬ lichtquelle abgegebenen Mischlichtstrahlung dienen. Fig. 8 zeigt eine beispielhafte Ausführung mit einer Leuchtstofflampe mit kreisbogenförmiger Erstreckungsrichtung 4 als Hauptlichtquelle 1.. Die Erstreckungsrichtung der gezeigten Lichtleitvorrichtung 3 ist' identisch mit der Erstreckungsrich¬ tung der Leuchtstofflampe. Die gezeigte Lichtleitvorrichtung ist plattenförmig ausgebildet und mit den Nebenlichtquellen 2 vorteilhafterweise raumsparend im Kreisbogeninneren angeordnet. Fig. 9 zeigt eine beispielhafte Ausführung mit einer Kom¬ paktleuchtstofflampe als Hauptlichtquelle 1. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs¬ beispiele beschränkt, sondern umfaßt alle Variationen und Modi¬ fikationen, die in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fal- len.