DE102009050805A1

DE102009050805A1 - Leuchte, Fotoapparat oder Camcorder mit selbiger sowie optisches Element für Leuchte

Info

Publication number: DE102009050805A1
Application number: DE102009050805A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Hartwig; Henning Dr. Rehn
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: DE102009050805B4; US20120219277A1; CN102597612B; WO2011051129A1; CN102597612A

Abstract

Es wird von einer Leuchte (100) ausgegangen, bei der zwei optische Elemente (10a, 10b) passgenau zueinander sind und im Grundzustand der Passung eine planparallele Oberfläche bilden, wobei durch Verschieben eines optischen Elements (10b) gegenüber dem anderen (10a) eine Aufweitung eines Lichtbündels erzielt wird. Erfindungsgemäß sind die beiden optischen Elemente (10a und 10b) baugleich. Dies ist insbesondere dann realisierbar, wenn das Symmetrieerfordernis F(r,Θ) = -F(r,Θ + (360°)/n) für sämtliche Punkte mit den Kreiskoordinaten r, Θ gilt, wenn n ein ganzteiliges Vielfaches von 2 ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Leuchte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft auch ein für eine solche Leuchte geeignetes optisches Element. Für eine solche Leuchte gibt es vielfältige Einsatzmöglichkeiten, zum Beispiel kann sie in einen Fotoapparat oder einen Camcorder eingebaut sein.
Stand der Technik
Eine Leuchte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bereits aus der DE 39 26 618 A1 bekannt.
Dieses beschreibt eine Lichtquelle, nämlich eine Halogen-Niedervolt-Lampe in einem Reflektor, der im Strahlengang des Lichts zwei optische Elemente nachgeordnet sind, nämlich Vorsatzscheiben aus lichtdurchlässigem Material. Die dem Reflektor benachbarte Vorsatzscheibe ist mit Erhebungen und die vordere Vorsatzscheibe mit Vertiefungen versehen. Diese Vertiefungen passen ineinander. Die Erhebungen sind ringförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet. Die vordere Vorsatzscheibe ist in Achsrichtung des Reflektors verstellbar.
In einem Grundzustand, in dem die Vorsatzscheiben ineinander eingreifen, wirken beide Vorsatzscheiben zusammen wie eine planparallele Platte, beeinflussen also den Strahlengang nicht. Verschiebt man nun die vordere Vorsatzscheibe, so wird das Lichtbündel aufgeweitet.
Bei der Herstellung einer solchen Reflektorleuchte müssen zwei verschiedene Elemente, nämlich die eine Vorsatzscheibe mit Erhebungen und die andere Vorsatzscheibe mit Vertiefungen, hergestellt werden.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchte mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, welche in der Herstellung unaufwändig und daher kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Leuchte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Somit sind erfindungsgemäß das erste und das zweite optische Element baugleich.
Es wird somit davon abgegangen, dass das eine optische Element ausschließlich mit Erhebungen und das andere ausschließlich mit Vertiefungen zu versehen. Vielmehr weist das einzige optische Element sowohl Erhebungen als auch Vertiefungen auf, die so zueinander passend angeordnet sind, dass das selbe optische Element sowohl als erstes optisches Element als auch als zweites optische Element in der Leuchte dienen kann. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leuchte benötigt man daher nur einen Fabrikationsprozess für beide optische Elemente. Beispielsweise können die optischen Elemente durch Spritzgießen hergestellt sein, und dann bedarf es nur einer Spritzgussform statt zweier wie im Stand der Technik.
Bei der Erfindung ist davon ausgegangen, dass durch Drehung des jeweiligen Elements gegenüber dem baugleichen Element eine Passung erzielbar ist. So hat bevorzugt die nicht-ebene Oberfläche die Eigenschaft, dass die Erhebung F(r, Θ) in Bezug auf eine Drehachse die Eigenschaft hat:
wobei r der Abstand von der Drehachse und Θ der Drehwinkel sind, und wobei n = 2, 4, 6, 8 ... (also n ein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist; n wird im Folgenden auch als Zähligkeit bezeichnet).
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Funktion F(r, Θ) separierbar ist, wenn also gilt:
Hierbei ist f(r) eine beliebige Funktion von r. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Symmetriebedingung in Abhängigkeit vom Radius stückweise erfüllt ist, nämlich wenn gilt:
A_m(r) = A_m = cst für r ∈[r_m, r_m+1[, r_m+i > r_m und A_m(r) = 0 für r ∉̸[r_m, r_m+i[N ≥ 2Element der natürlichen Zahlen und f_m(r) Funktionen von r sind, die vorzugsweise stetig sind und stetig an den Stellen r_m ineinander über gehen
Wenn man Muster unterschiedlicher Zähligkeit n im Fernfeld überlagern, lässt sich dadurch der Kontrast von auftretenden Mustern im Fernfeld verringern.
Bei Erfüllung der Symmetrieerfordernisse können beliebige Muster, auch rein zufällig, verwendet werden.
Damit die beiden optischen Elemente bei Passung, also im Grundzustand, als planparallele Platte wirken und den Strahlengang nicht beeinflussen, weisen sie bevorzugt auf der der nicht-ebenen Oberfläche abgewandten Seite eine ebene Oberfläche auf. Die ebene Oberfläche des ersten optischen Elements weist bevorzugt hierbei zur Lichtquelle.
Eine Entspiegelung der optischen Elemente kann vorteilhaft mittels Nanostrukturen erfolgen, da damit die Transmission weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel ist.
Die Erfindung ist besonders auch geeignet dann, wenn die Lichtquelle zumindest eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist. Zwischen der Lichtquelle (bevorzugt einer Leuchtdiode) und den beiden optischen Elementen können eine oder mehrere Linsen angeordnet sein.
Bevorzugte Anwendungen der Erfindung ist ein Fotoapparat oder ein Camcorder: Die Verschiebung der beiden optischen Elemente zueinander zum Zwecke der Strahlaufweitung ermöglicht dann eine Beleuchtung der aufzunehmenden Szenerie in Abhängigkeit von den Einstellungen des Objektivs: für eine Weitwinkelaufnahme wird der Strahl eher aufgeweitet, für Teleaufnahmen genügt ein schmales Strahlenbündel der Lichtquelle. Die Verschiebung der beiden optischen Elemente der Leuchte ist also mit der optischen Zoomfunktion eines Fotoapparats oder Camcorders gekoppelt. Die Lichtquelle kann hierbei kontinuierlich betreibbar sein oder als Blitzlicht bereitgestellt sein. Beispiele für die Anwendung sind Taschenleuchte, Untersuchungsleuchte, Mikroskopbeleuchtung.
Eine andere Anwendung besteht in der Allgemeinbeleuchtung, so etwa die Nutzung der beiden Scheiben als Vorsatzoptik für Downlights, um den Abstrahlwinkel einstellen zu können.
Erfindungsgemäß wird auch ein optisches Element für eine erfindungsgemäße Leuchte bereitgestellt, also mit den bereits beschriebenen Eigenschaften.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt:
1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes optisches Element zur Erläuterung der verwendeten Größen,
2 eine Seiteansicht eines erfindungsgemäßen optischen Elements und
3 ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchte,
4a eine Draufsicht auf eine quadratische Anordnung mit vier Leuchten gemäß 3,
4b eine Seitenansicht der Anordnung aus 4a,
5 eine Variante der Anordnung aus 4a, 4b,
6 eine schematisierte Draufsicht auf eine Anordnung mit vier quadratischen Leuchten,
7 eine schematisierte Draufsicht auf eine hexagonale Anordnung mit sieben kreisförmigen Leuchten gemäß 3,
8 eine schematisierte Draufsicht auf eine hexagonale Anordnung mit sieben sechseckigen Leuchten.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Im Folgenden sind gleiche oder gleichartige Merkmale mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in den 1 und 2 gezeigtes optisches Element aus lichtdurchlässigem Material ist im Ganzen mit 10 bezeichnet. Auf einer Seite weist es eine ebene Oberfläche 12 auf. Auf der entgegengesetzten Seite weist es eine nicht-ebene, nämlich vorliegend hügelige Oberfläche 14 auf.
Im Beispiel ist das optische Element 10 als kreisförmige Scheibe ausgebildet, die Oberfläche 14 als kreisförmige Fläche. Es bietet sich an, Kreiskoordinaten zu definieren. Gezeigt ist beispielhaft ein Punkt mit den Koordinaten r₁ und Θ₁, wobei r₁ der Radius zum Mittelpunkt M ist und Θ₁ der Drehwinkel. Das Ausmaß einer Erhebung eines Hügels der Oberfläche 14 an einem Punkt mit den Koordinaten r und Θ wird durch F(r, Θ) definiert.
Vorliegend soll gelten:
wobei n ein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist. Dies bedeutet, dass die Freiformfläche 14 durch Drehung um 180° in eine Oberfläche mit umgekehrtem Profil verwandelt werden.
Hat man zwei optische Elemente 10a und 10b, so kann man die Oberflächen 14a und 14b passgenau ineinander fügen. In diesem Grundzustand wirkt die Gesamtheit der beiden optischen Elemente 10a und 10b als planparallele Platte, beeinflusst also den Strahlengang einer Lichtquelle nicht. Dies wird in einer Leuchte 100 ausgenutzt, siehe 3: Eine Leuchtdiode 16 sendet Licht aus, das durch Linsenelemente 18 und 20 zum ersten optischen Element 10a gelangt, von diesem zum zweiten optischen Element 10b und von da zum zu beleuchtenden Objekt (nicht dargestellt).
3 zeigt einen Zustand, bei dem das zweite optische Element 10b von dem ersten optischen Element 10a in Richtung senkrecht zu den Oberflächen 12a und 12b in Richtung der optischen Achse verschoben ist. Dies ist der Zustand, in dem eine Aufweitung des Lichtbündels erzielbar ist. Der Grundzustand, in den die Oberflächen 14a und 14b passgenau ineinander eingreifen, ist nicht gezeigt; dann ist das Lichtbündel von den optischen Elementen 10a und 10b unbeeinflusst.
Die 4a und 4b zeigen eine Draufsicht bzw. Seitenansicht einer Anordnung mit vier im Zusammenhang mit der 3 näher erläuterten Leuchten 100. Dabei sind die vier Leuchten 100 in der Art einer zwei mal zwei Matrix in einer Ebene angeordnet. Die optischen Element 10a, 10b können hier unabhängig voneinander bewegt werden, um die Abstrahlcharakteristik jeder der vier Leuchten 100 individuell einstellen zu können. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise als Deckenbeleuchtung oder sonstige Beleuchtungszwecke geeignet.
5 zeigt eine Variante der Anordnung aus 4, wobei hier die optischen Elemente 10a, 10b für alle vier Leuchten 100 jeweils einteilig sind, d. h. in dieser Variante können die optischen Elemente 10a, 10b für alle vier Leuchten nur gemeinsam bewegt werden.
Die 6 bis 8 zeigen stark schematisiert weitere Anordnungen von erfindungsgemäßen Leuchten, jeweils in einer senkrechten Draufsicht auf die Öffnungen der Leuchten. 6 zeigt eine Anordnung in der Art einer zwei mal zwei Matrix, d. h. ähnlich wie die in 4 gezeigte Anordnung, aber hier mit vier Leuchten 200, die eine quadratische statt kreisförmige Grundform haben. 7 zeigt eine hexagonale Anordnung von sieben kreisförmigen Leuchten 100. 8 schließlich zeigt ebenfalls eine hexagonale Anordnung, allerdings mit sieben Leuchten 300, die jeweils eine sechseckige Grundform haben.
Prinzipiell sind die Anordnungen nicht auf vier bzw. sieben Leuchten beschränkt. Die Muster können vielmehr in der gemeinsamen Ebene fortgesetzt werden, in den Fällen der quadratischen, sechseckigen und dreieckigen Leuchtengrundform auch Flächen füllend.
Darüber hinaus sind auch andere Grundformen für die Leuchten denkbar, beispielsweise kreisförmig und achteckig etc..
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3926618 A1 [0002]

Claims

Leuchte (100), mit a. einer Strahlungsquelle (16), b. einem ersten optischen Element (10a) und einem zweiten optischen Element (10b) mit einer jeweils nicht-ebenen Oberfläche (14a, 14b), wobei in einem Grundzustand das zweite optische Element (10b) mit seiner nicht ebenen Oberfläche (14b) passgenau in das erste optische Element (10a) mit seiner nicht ebenen Oberfläche (14a) eingreift, und wobei das erste und das zweite optische Element (10a, 10b), relativ zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite optische Element (10a, 10b) baugleich sind.
Leuchte (100) nach Anspruch 1, bei dem die nicht-ebene Oberfläche (14a, 14b) die Eigenschaft hat, dass die Erhebung F(r, Θ) in Richtung einer Drehachse die Eigenschaft hat:
wobei r der Abstand von der Drehachse und Oder Drehwinkel sind, und wobei n ein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist.
Leuchte (100) nach Anspruch 2, bei der F(r, Θ) = A·f(r)·p(Θ), wobei A eine Konstante ist, f(r) eine Funktion von r ist und p(Θ) die Eigenschaft
hat.
Leuchte (100) nach Anspruch 3, bei der
A_m(r) = A_m = cst für r ∈ [r_m + r_m+1[, r_m+1 > r_m und A_m(r) = 0 für r ∉̸ [r_m, r_m+i[, N ≥ 2Element der natürlichen Zahlen und f_m(r) Funktionen von r.
Leuchte (100) nach Anspruch 4, bei der die Funktionen f_m(r) stetig sind und an den Stellen r_m stetig ineinander über gehen, also
Leuchte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optischen Elemente (10a, 10b) auf der der nicht-ebenen Oberfläche (14a, 14b) abgewandten Seite eine ebene Oberfläche (12a, 12b) aufweisen.
Leuchte (100) nach Anspruch 6, bei dem die ebene Oberfläche (12a) des ersten optischen Elements (10a) zur Lichtquelle (16) weist.
Leuchte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtquelle zumindest eine Leuchtdiode (16) aufweist.
Leuchte (100), mit zumindest einer Linse (18, 20) zwischen der Lichtquelle (16) und den beiden optischen Elementen (10a, 10b).
Fotoapparat oder Camcorder mit einer Leuchte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fotoapparat oder Camcorder nach Anspruch 10 mit einem Zoomobjektiv, wobei die Bewegung der beiden optischen Elemente der Leuchte mit der Zoomfunktion des Zoomobjektivs gekoppelt ist.
Optisches Element (10) mit einer nicht-ebenen Oberfläche (14), die eine Erhebung F(r, Θ) in Richtung einer vorbestimmten Drehachse aufweist, wobei r der Abstand dieser Drehachse und Θ der Drehwinkel um die Drehachse ist, und wobei die nicht-ebene Oberfläche die Eigenschaft hat:
wobei n ein ganzzahliges Vielfaches von 2 ist.
Optisches Element nach Anspruch 12, bei dem F(r, Θ) = A·f(r)·p(Θ), wobei A eine Konstante ist, f(r) eine Funktion von r ist und p(Θ) die Eigenschaft
hat.
Optisches Element nach Anspruch 12, bei dem
A_m(r) = A_m = cst für r ∈ [r_m, r_m+i[, r_m+1 > T_m und A_m(r) = 0 für r ∉̸ [r_m + r_m+i[, N ≥ 2 Element der natürlichen Zahlen und f_m(r) Funktionen von r.
Anordnung mit zwei oder mehr Leuchten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.