LEUCHTE

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum blendungsreduzierten Ausleuchten eines Raumbereichs (1a, 1b) mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche (2) aus rasterförmig aneinander angrenzenden Leuchtsegmenten (3), wobei jedes Leuchtsegment (3) ein Leuchtmittel (4) und ein dem Leuchtmittel (4) nachgelagertes optisches Element (6) umfasst beschrieben. Um ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass, wahlweise unterschiedliche Objekte in aktiven Raumbereichen blendungsreduziert und weitgehend unabhängig von der Ausrichtung einer Leuchte beleuchtet werden, wird vorgeschlagen, dass das Leuchtmittel (4) mehrere, wahlweise schaltbare und je einem Raumbereich (1a, 1b) zugeordnete Leuchtquellen (7) umfasst, wobei mit einem im Bereich der Leuchtsegmente (3) angeordneten Sensor (8) ein in einem aktiven Raumbereich liegendes Objekt (9) erfasst und die dem aktiven Raumbereich zugeordneten Leuchtquellen (7) der Leuchtmittel (4) zur Ausleuchtung des Objekts (9) aktiviert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum blendungsreduzierten Ausleuchten eines Raumbereichs mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche aus rasterförmig aneinander angrenzenden Leuchtsegmenten, wobei jedes Leuchtsegment ein Leuchtmittel und ein dem Leuchtmittel nachgelagertes optisches Element umfasst.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum blendungsreduzierten Ausleuchten eines Raumbereichs bekannt. Die DE102008031987A1 zeigt eine LED-Leuchtvorrichtung, bei der LEDs in einem Hohlkörper angeordnet sind. Der Hohlkörper ist an seiner Innenseite mit einer diffus reflektierenden Schicht versehen. Die LEDs sind so angeordnet, dass das von ihnen emittierte Licht überwiegend auf die diffus reflektierende Schicht gestrahlt und von dort weiter auf den Raumbereich geleitet wird. Das Licht der im Wesentlichen punktförmigen LED wird also über eine verglichen zur LED große diffuse Abstrahlfläche in den Raumbereich umgelenkt, wodurch sich die Blendung reduziert. Dies ermöglicht eine weitere Anpassung des Abstrahlwinkels bei einer hohen Leuchtintensität und nach wie vor geringen Blendung.

[0003] Nachteilig am Stand der Technik ist allerdings, dass nur eine Beleuchtungsstärke für den gesamten Raumbereich realisiert werden kann. Zum Ausleuchten unterschiedlicher Raumbereiche wurde bereits vorgeschlagen (US5086375A), je ein Leuchtsegment einem Raumbereich fest zuzuweisen und die Leuchtsegmente wahlweise nach auszuleuchtendem Raumbereich zu aktivieren. Nachteilig ist daran allerdings, dass beim Aktivieren nur eines Leuchtsegments die wirksame Abstrahlfläche der Leuchte auf das aktive Leuchtsegment begrenzt ist, sodass sich eine verhältnismäßig hohe Blendung ergibt. Darüber hinaus können nur diejenigen Raumbereiche ausgeleuchtet werden, auf die die Leuchtsegmente ausgerichtet sind.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, weitgehend unabhängig von der Ausrichtung einer Leuchte wahlweise unterschiedliche Objekte in aktiven Raumbereichen blendungsreduziert zu beleuchten.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Leuchtmittel mehrere, wahlweise schaltbare und je einem Raumbereich zugeordnete Leuchtquellen umfasst, wobei mit einem im Bereich der Leuchtsegmente angeordneten Sensor ein in einem aktiven Raumbereich liegendes Objekt erfasst und die dem aktiven Raumbereich zugeordneten Leuchtquellen der Leuchtmittel zur Ausleuchtung des Objekts aktiviert werden. Erfasst der Sensor in einem Raumbereich ein auszuleuchtendes Objekt, werden die Leuchtquellen, die diesem Raumbereich zugeordnet sind, über die Steuereinheit aktiviert und die Lichtintensität in diesem Raumbereich erhöht. Dadurch, dass das abgegebene Licht aber nicht aus einem Leuchtsegment, sondern aus einer Gruppe von Leuchtsegmenten, vorzugsweise aus allen Leuchtsegmenten abgegeben wird, vergrößert sich die aktive Abstrahlfläche, vorzugsweise auf die gesamte Leuchte, sodass eine Blendung entsprechend reduziert werden kann. Weil der Sensor erfindungsgemäß im Bereich der Leuchtsegmente angeordnet ist, ergibt sich zwischen dem Sensor und den Leuchtsegmenten ein annähernd übereinstimmender Raumwinkel zum erfassten Objekt bzw. zum aktiven Raumbereich, sodass die Zuordnung der vom Sensor erfassten Raumbereiche zu den den Leuchtquellen zugeordneten Raumbereichen bijektiv erfolgen kann, ohne dass aufwendige Transformationsoperationen durchgeführt werden müssten. Durch eine kontinuierliche Erfassung von Objekten durch den Sensor können beispielsweise auch bewegte Objekte blendungsreduziert ausgeleuchtet werden, wenn diese zwischen Raumbereichen wechseln und damit die aktiven Raumbereiche den bewegten Objekten nachgeführt werden. Die Aktivierung einer Leuchtquelle bedeutet nicht notwendigerweise nur das Ein- bzw. Ausschalten, sondern kann auch durch eine Änderung der Leuchtintensität umgesetzt werden, sodass dieselbe Leuchtquelle in inaktivem Zustand zur blendungsreduzierten Hintergrundbeleuchtung beiträgt und in aktiviertem Zustand den ihr zugeordneten Raumbereich und damit das Objekt über die Hintergrundbeleuchtung hinaus stärker ausleuchtet. Dadurch können beispielsweise bei Retail-Anwendungen, bestimmte Waren mittels stärkerer Ausleuchtung im Regal stärker optisch hervorgehoben werden, oder häufiger frequentierte Raumbereiche, zum Beispiel Wege, erkannt und stärker ausgeleuchtet werden. Die Optik der Leuchtquelle ist vorzugsweise konvergent, um das emittierte Licht auf den zugeordneten Raumbereich zu bündeln. Das optische Element kann ein Reflektor oder eine Linse sein. Der Sensor kann auf sichtbares Licht, Infrarotstrahlung, etc. reagieren.

[0006] Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Leuchte zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche aus mehreren vorzugsweise rasterförmig aneinander angrenzenden Leuchtsegmenten, wobei jedes Leuchtsegment ein Leuchtmittel und eine dem Leuchtmittel im Strahlengang nachgelagertes optisches Element aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel mehrere, wahlweise schaltbare und je einem Raumbereich zugeordnete Leuchtquellen umfasst, die über eine Steuereinheit mit einem im Bereich der Leuchtsegmente angeordneten Sensor zur Erfassung eines Objekts in einem aktiven Raumbereich so verbunden sind, dass die dem aktiven Raumbereich zugeordneten Leuchtquellen der Leuchtmittel zur Ausleuchtung des Objekts aktiviert werden. Eine Zuordnung einer Leuchtquelle zu einem Raumbereich bedeutet, dass die Leuchtquelle im Leuchtsegment so positioniert ist, dass ihr emittiertes Licht im Wesentlichen nur diesen Raumbereich ausleuchtet. Dies kann beispielswiese über die relative Positionierung der Leuchtquelle zu einem Brennpunkt einer Optik realisiert werden, sodass sich ein von dieser relativen Position abhängiger Strahlengang ergibt. Dabei können mehrere Leuchtquellen einer gemeinsamen Optik zugeordnet werden, um verschiedene Raumbereiche über eine Optik auszuleuchten. Um Blendung durch Licht zu vermeiden, welches unter flachem Winkel relativ zur Abstrahlfläche emittiert wird, können quer zur Abstrahlfläche verlaufende Blendlamellen zwischen den Leuchtsegmenten über die Abstrahlfläche hinausragen.

[0007] Die Auslegung eines optischen Elements gestaltet sich für die Strahlengänge unterschiedlicher Leuchtquellen, die aneinander angrenzende Raumbereiche ausleuchten sollen, schwierig, weil gängige Berechnungsprogramme für Freiformreflektoren und Linsensysteme in der Regel nur einzelne punktförmige Lichtquellen unterstützen. Die Auslegung des optischen Elements kann im Rahmen der Erfindung wesentlich vereinfacht werden, wenn das optische Element für eine in einer optischen Achse liegenden punktförmigen Lichtquelle ausgelegt wird und wenn die Leuchtquellen eines Leuchtelements mehrheitlich außerhalb der optischen Achse des optischen Elements angeordnet sind. Durch die Anordnung außerhalb der optischen Achse eines gemeinsamen optischen Elements kann das Licht der Leuchtquellen, je nach Relativposition zum optischen Element und dessen Achse, in verschiedene Raumbereiche gelenkt werden. Selbstverständlich können einige wenige Leuchtquellen in der optischen Achse liegen, um Licht in den Raumbereich zu lenken, in den die optische Achse fällt.

[0008] Um eine uniforme Ausleuchtung der Raumbereiche zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Zentralbereich des Leuchtelements in der optischen Achse des optischen Elements liegt. Dadurch kann die Anordnung der Leuchtquellen symmetrisch um die optische Achse erfolgen, wodurch alle Raumbereiche gleich ausgeleuchtet werden können, da der resultierende Strahlengang der Leuchtquellen je nach optischem Element ebenso im Wesentlichen symmetrisch ist.

[0009] Abhängig vom optischen Element können möglichst viele aneinander angrenzende Raumbereiche mit einer annähernd gleichen Beleuchtungscharakteristik in einfacher Weise ausgeleuchtet werden, wenn die Leuchtquellen eines Leuchtsegments eine parallel zur Abstrahlfläche angeordnete Matrix bilden. Zufolge dieser Maßnahme kann eine gesonderte Positionierung der Leuchtquellen innerhalb des Leuchtsegments entfallen und die Lokalisation und Ansteuerung einer Leuchtquelle ist technisch einfacher umsetzbar. Darüber hinaus kann der relative Abstand der Leuchtquellen zueinander im Produktionsprozess der Matrix äußerst exakt vorgegeben werden, sodass lediglich die gesamte Matrix und nicht jede einzelne Leuchtquelle im Leuchtsegment positioniert werden muss. Auf diese Weise können nicht nur die Leuchtquellen in einfacher Weise mehrheitlich außerhalb der optischen Achse des optischen Elements angeordnet werden, sondern bei geeigneter Ausrichtung der Matrix liegt auch der Zentralbereich des Leuchtelements bzw. der Matrix in der optischen Achse des optischen Elements, wobei die mehrheitlich außerhalb der optischen Achse liegenden Leuchtquellen symmetrisch um die optische Achse angeordnet sind.

[0010] Obwohl als Sensor zur Erfassung von Objekten in aktiven Raumbereichen grundsätzlich jeder Sensor zum Einsatz kommen kann, der ein auf einen Raumwinkel rückführbares Messergebnis zurückgibt, ergibt sich nicht nur eine bessere Objekterkennung, sondern aufgrund des ähnlichen physikalischen Aufbaus auch eine besonders einfache Zuordnung zwischen den vom Sensor erfassten Raumbereichen und den den Leuchtquellen zugeordneten Raumbereichen, wenn der Sensor ein zweidimensionaler Bildsensor mit im Strahlengang vorgelagertem optischen Element ist. Grundlage für diese einfache Zuordnung ist, das erfindungsgemäß durch die Anordnung des Sensors im Bereich der Leuchtsegmente der Raumwinkel zwischen Sensor und auszuleuchtendem Objekt und zwischen den einzelnen Leuchtsegmenten und dem auszuleuchtenden Objekt annähernd gleich ist. Abgesehen von dieser einfacheren Zuordnung bringt die Verwendung eines zweidimensionalen Bildsensors als Sensor den Vorteil mit sich, dass auszuleuchtende Objekte spezifischer erkannt werden können. Dazu kann die den Sensor mit den Leuchtmitteln verbindende Steuereinheit Bildverarbeitungssoftware umfassen, die beispielsweise nur eine bestimmte Gruppe von auszuleuchtenden Objekten, wie beispielsweise Tischflächen, Bewegungsbereiche, bestimmte präsentierte Gegenstände oder ähnliches erkennt und nur im Fall solcher Objekte einen aktiven Raumbereich zuordnet. Der zweidimensionale Bildsensor kann eine Kamera sein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Sensordaten der Kamera in der Steuereinheit mittels eines Deep Learning Algorithmus verarbeitet, um beispielsweise Tischflächen, Bewegungsbereiche, bestimmte präsentierte Gegenstände oder ähnliches zu unterscheiden. Besonders günstige Beleuchtungsbedingungen ergeben sich, wenn die Ausgangsleistung der Leuchtquellen über die Steuereinheit anhand der Intensitätsmesswerte des zweidimensionalen Bildsensors geregelt wird. Zufolge dieser Maßnahme kann die Ausleuchtung der Raumbereiche auch im Fall unterschiedlich reflektierender Oberflächen oder bei der gemeinsamen Verwendung der erfindungsgemäßen leuchte mit anderen Leuchtquellen besonders homogen erfolgen. In diesem Zusammenhang wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Leuchtquellen nicht nur in der Ausgangsleistung, sondern auch in der Lichtfarbe, insbesondere in der Lichttemperatur einstellbar sind.

[0011] Um eine möglichst einfache Aktivierung der Leuchtquellen in Abhängigkeit des Sensorsignals zu erreichen, können den einzelnen Bildpunkten des Bildsensors wenigstens gruppenweise Raumbereiche zugeordnet sein. Wenn sowohl der Bildsensor als auch die Leuchtmittel in einer Matrix angeordnete Bildpunkte bzw. Leuchtquellen aufweisen, kann bei ähnlichem Strahlengang der den Leuchtmitteln vorgelagerten optischen Elemente und dem dem Bildsensor vorgelagerten optischen Element die Zuordnung der Raumbereiche durch eine Zuordnung der Bildpunkte des Bildsensors zu den Leuchtquellen der Leuchtmittel erfolgen. Diese Zuordnung kann vorzugsweise bijektiv sein, wobei lediglich eine Skalierung zwischen der Größe des Bildsensors und der Größe der Leuchtmittel vorgenommen werden muss.

[0012] Die Übereinstimmung der Raumwinkel zwischen Sensor und auszuleuchtendem Objekt und zwischen den einzelnen Leuchtsegmenten und dem auszuleuchtenden Objekt kann verbessert werden, wenn der Sensor in Richtung der Abstrahlfläche allseitig an Leuchtsegmente angrenzt. Dadurch kann vermieden werden, dass die Leuchte für unterschiedliche Einsatzorte neu kalibriert werden muss, weil die Zuordnung zwischen den Raumbereichen des Sensors und den den Leuchtquellen der Leuchtmittel zugeordneten Raumbereichen unabhängig von der Positionierung der Leuchte gleichbleibt.

[0013] Insbesondere größere Räume können einfach mit den erfindungsgemäßen Leuchten ausgeleuchtet werden, wenn Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchten nach einem der vorangegangenen Ansprüche vorgesehen sind, bei denen die Leuchten in einer gemeinsamen Ebene mit Abstand zueinander angeordnet sind. Bevorzugter Weise werden die mehreren Leuchten rasterförmig mit gleichem Abstand zueinander an der Decke angeordnet. Da der Sensor der einzelnen Leuchten in Richtung der Abstrahlfläche allseitig an Leuchtsegmente angrenzen kann, ist auch hier keine Kalibrierung erforderlich, wenn mehrere Leuchten eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in den überlappenden Raumbereichen die Leuchtkraft der Leuchtquellen heruntergeregelt, um Zonen stärkerer Ausleuchtung zu vermeiden.

[0014] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1

eine schematische Ansicht einer Leuchte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2

einen Schnitt durch einen Teil der Leuchte der Fig. 1 in einem größeren Maßstab und

Fig. 3

eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0015] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Raumbereich 1a, 1b blendungsreduziert ausgeleuchtet. Dazu kann eine Leuchte mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche 2 für mehrere, rasterförmig aneinander angrenzende Leuchtsegmente 3 vorgesehen sein, wobei jedes der Leuchtsegmente 3 ein Leuchtmittel 4 und ein dem Leuchtmittel 4 im Strahlengang 5 nachgelagertes optisches Element 6 umfasst. Das optische Element 6 kann beispielsweise ein Reflektor oder eine Linse sein. Die Leuchtmittel 4 weisen mehrere, wahlweise schaltbare und je einem Raumbereich 1a, 1b zugeordnete Leuchtquellen 7 auf. Die Zuordnung der Leuchtquellen 7 zu einem Raumbereich 1 bedeutet, dass das Licht dieser Leuchtquellen 6 hauptsächlich den ihnen zugeordneten Raumbereich 1 ausleuchtet. Da die Blendung indirekt proportional zur Abstrahlfläche einer Leuchte ist, kann die Ausleuchtung eines Raumbereichs 1 durch die diesem Raumbereich 1 zugeordneten Leuchtquellen 6 reduziert werden, da das Licht der Leuchte immer über die gesamte gemeinsame Abstrahlfläche 2 abgegeben wird. Über einen Sensor 8 wird ein Objekt 9 in einem Raumbereich 1a erfasst und der Raumbereich 1a, in dem sich das Objekt 9 befindet, aktiviert. Das bedeutet, dass der Sensor 8 bei Erfassung eines Objekts 9 in einem Raumbereich 1a ein Signal an eine Steuereinheit 10 sendet, die dieses Signal in einen Steuerbefehl für die diesem Raumbereich 1a zugeordneten Leuchtquellen 7 umwandelt und diese aktiviert. Diese Aktivierung muss dabei nicht zwangsläufig ein reines Ein- bzw. Ausschalten der zugeordneten Leuchtquellen 7 bedeuten, sondern kann auch eine Änderung der Intensität sein.

[0016] Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, können die Leuchtquellen 7 mehrheitlich außerhalb der optischen Achse 11 des optischen Elements 6 angeordnet sein, um den Strahlengang 5 der Leuchtquellen 7 so einzustellen, dass sie hauptsächlich den ihnen zugeordneten Raumbereich 1a ausleuchten. Durch die Anordnung außerhalb der optischen Achse 11 ist es möglich, mit nur einem optischen Element 6 jeder Leuchtquelle 7 eines Leuchtmittels 4 einen Raumbereich 1 zuzuordnen. Werden die Leuchtquellen 7 eines Leuchtmittels 4 in einer parallel zur Abstrahlfläche 2 angeordneten Matrix angeordnet, kann die gewünschte Positionierung der Leuchtquellen 7 relativ zur optischen Achse 11 des optischen Elements 6 in fertigungstechnisch einfacher Weise vorder Assemblierung der Leuchtquellen 7 eingestellt werden. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor 8 in Richtung der Abstrahlfläche 2 allseitig von Leuchtsegmenten 3 umgeben.

[0017] Wie der Fig. 2 ebenfalls entnommen werden kann, kann der Sensor 8 einen zweidimensionalen Bildsensor 12 umfassen, dem im Strahlengang 13 ebenfalls ein optisches Element 14, vorzugsweise eine Linse, vorgelagert ist.

[0018] Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren erfindungsgemäßen Leuchten, die beispielsweise in der Fig. 3 dargestellt ist. Dabei sind mehrere Leuchten 15 in einer gemeinsamen Ebene, beispielsweise an der Raumdecke mit Abstand zueinander in einem Raster angeordnet. Durch den Entfall einer gesonderten Kalibrierung zwischen den Leuchtsegmenten 3 und dem Sensor 8 jeder Leuchte 15 kann durch eine solche Anordnung ein aktiver Raumbereich 1a nicht nur von einer Leuchte 15, sondern von allen Leuchten 15 im Raum ausgeleuchtet werden, für die der aktive Raumbereich 1a im Erfassungsbereich des Sensors 8 liegt.

Ansprüche

1. Verfahren zum blendungsreduzierten Ausleuchten eines Raumbereichs (1a, 1b) mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche (2) aus rasterförmig aneinander angrenzenden Leuchtsegmenten (3), wobei jedes Leuchtsegment (3) ein Leuchtmittel (4) und ein dem Leuchtmittel (4) nachgelagertes optisches Element (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (4) mehrere, wahlweise schaltbare und je einem Raumbereich (1a, 1b) zugeordnete Leuchtquellen (7) umfasst, wobei mit einem im Bereich der Leuchtsegmente (3) angeordneten Sensor (8) ein in einem aktiven Raumbereich liegendes Objekt (9) erfasst und die dem aktiven Raumbereich zugeordneten Leuchtquellen (7) der Leuchtmittel (4) zur Ausleuchtung des Objekts (9) aktiviert werden.

2. Leuchte zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche (2) aus rasterförmig aneinander angrenzenden Leuchtsegmenten (3), wobei jedes Leuchtsegment (3) ein Leuchtmittel (4) und eine dem Leuchtmittel (4) im Strahlengang nachgelagertes optisches Element (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (4) mehrere, wahlweise schaltbare und je einem Raumbereich (1a, 1b) zugeordnete Leuchtquellen (7) umfasst, die über eine Steuereinheit (10) mit einem im Bereich der Leuchtsegmente (3) angeordneten Sensor (8) zur Erfassung eines Objekts (9) in einem aktiven Raumbereich (1a) so verbunden sind, dass die dem aktiven Raumbereich (1a) zugeordneten Leuchtquellen (7) der Leuchtmittel (4) zur Ausleuchtung des Objekts (9) aktiviert werden.

3. Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtquellen (7) eines Leuchtmittels (4) mehrheitlich außerhalb der optischen Achse des optischen Elements (6) angeordnet sind.

4. Leuchte nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralbereich des Leuchtmittels (4) in der optischen Achse des optischen Elements (6) liegt.

5. Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtquellen (7) eines Leuchtmittels (4) eine parallel zur Abstrahlfläche (2) angeordnete Matrix bilden.

6. Leuchte nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein zweidimensionaler Bildsensor (12) mit im Strahlengang (13) vorgelagertem optischen Element (14) ist.

7. Leuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Bildpunkten des Bildsensors (12) wenigstens gruppenweise Raumbereiche (1a, 1b) zugeordnet sind.

8. Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) in Richtung der Abstrahlfläche (2) allseitig an Leuchtsegmente (3) angrenzt.

9. Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchten (15) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchten (15) in einer gemeinsamen Ebene mit Abstand zueinander angeordnet sind.

Zeichnung