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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet variabler Lichtmaschinen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine solche Lichtmaschine, die
die variable Lichtleistung nach dem Tageslichtrhythmus ermöglicht.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Tageslichtrhythmus ist eine nahezu tägliche Periodizität,
ein praktisch 24-Stunden-Zyklus in den biochemischen oder physiologischen
Prozessen oder Verhaltensprozessen von Lebewesen, wozu Pflanzen,
Tiere, Pilze und Cyanobakterien gehören.
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Mit
dem Tageslichtrhythmus ändern sich mit der Zeit die Farbkoordinaten
und die korrelierte Farbtemperatur (CCT) des Sonnenlichts aufgrund
der sich ändernden Entfernung, wenn das Sonnenlicht innerhalb
der Atmosphäre zu verschiedenen Zeiten des Tages wandert.
Am Morgen erscheint das Sonnenlicht rötlich, weil mehr
blaues Licht gestreut wird, bei CCTs sogar unterhalb von 3000 K,
während am Mittag die CCT auf 5000 K und darüber
ansteigt. Somit sind die Veränderungen des Sonnenlichts
nahe am Unbuntbereich, wobei dieser nicht genau getroffen wird.
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Darüber
hinaus variiert die Intensität von Umgebungslicht stark
zwischen der Dämmerung und während des Tages.
Menschen stellen sich auf diesen Rhythmus ein und nehmen warme Farben
weitaus angenehmer als kalte Farben am Morgen und am Abend wahr.
Die Länge des Tageslichtrhythmus hängt stark von
sowohl der Zeit im Jahr als auch vom Ort an der Oberfläche
der Erde ab. Während beispielsweise im Januar die Tage
auf der nördlichen Halbkugel (lokaler Winter) kurz sind,
aber zum gleichen Zeitpunkt auf der südlichen Hemisphäre
(lokaler Sommer) lang sind, ist die Situation wieder anders in den äquatorialen
Bereichen zum gleichen Zeitpunkt im Jahr.
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Für
eine optimale Nachahmung des Tageslichtrhythmus mit einer steuerbaren
Lichtquelle braucht man deswegen Information hinsichtlich der Zeitberechnung
des Sonnenaufgangs und der Länge des hellen Tages. Dieses
hängt sowohl vom Zeitpunkt im Jahr als auch vom Ort auf
der Erde ab.
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Steuerbare
lichtemittierende Vorrichtungen, die eine Nachahmung des Tageslichtrhythmus
für Menschen zum Zwecke beispielsweise einer therapeutischen
Behandlung sind bereits bekannt.
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Die
WO 2007/114614 A1 schlägt
beispielsweise eine lichtemittierende Vorrichtung vor, die aufweist:
einen ersten lichtemittierenden Anteil zur Emission von Tageslicht
mit einer hohen Farbtemperatur von 6000 K oder mehr und einen zweiten
lichtemittierenden Anteil zur Emission von warmem, weichen Licht
bei einer Farbtemperatur von 3000 K oder weniger, wobei jeweils
die ersten und die zweiten lichtemittierenden Anteile einen lichtemittierenden Diodenchip
und einen Phosphor aufweisen und die ersten und die zweiten lichtemittierenden
Anteile voneinander unabhängig betrieben werden. Dadurch kann
die Wellenlänge oder die Farbe des Lichts eingestellt werden.
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Für
eine optimale Nachahmung des Tageslichtrhythmus ist es allerdings
wünschenswert, eine lichtemittierende Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, die mit Lichtquellen verschiedener Farben ausgestattet
ist, welche gesteuert werden können, um verschiedene weiße
Farben entlang des Unbuntbereichs, (und jenseits innerhalb einer
großen Farbskala) zu liefern und somit die Lichtintensitäten,
die Farbkoordinaten und die korrelierte Farbtemperatur des emittierten
Lichtgemischs der Vorrichtung zu variieren.
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Es
ist weiterhin wünschenswert, eine perfekte Nachahmung eines örtlichen
Tageslichtrhythmus an jeder geographischen Lage auf der Erde zu
ermöglichen. Demzufolge, selbst an Orten, wo es kein Umgebungslicht
oder sehr wenig Umgebungslicht gibt, kann der Tageslichtrhythmus
entsprechend nachgeahmt reproduziert werden.
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Deswegen
ist das Ziel der Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung zur
Verfügung zu stellen, die eine variable Lichtleistung (ausgedrückt
als Farbkoordinaten und/oder Intensität) in Abhängigkeit des
Tageslichtrhythmus an dem jeweiligen Ort der lichtemittierenden
Vorrichtung auf dem Globus aufweist.
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Die
Erfindung zielt ebenfalls auf andere Aufgaben ab und insbesondere
auf die Bereitstellung von Lösungen anderer Probleme, wie
aus dem Rest der vorgehenden Erfindung ersichtlich wird.
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Aufgabe und Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
oben aufgeführten Aufgaben werden mit den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen
Ansprüche entwickeln weiterhin die zentrale Idee der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung
zur Bereitstellung einer variablen Lichtleistung, wobei die Vorrichtung
mindestens eine erste LED und eine zweite LED, die Licht verschiedener
Farbkoordinaten und korrelierter Lichttemperatur emittieren, ein
Steuermittel, das dafür ausgestaltet ist, die Lichtleistung
der mindestens ersten und zweiten LED im Hinblick auf die Farbkoordinaten
und/oder Intensität des emittierten Lichts zu steuern,
um die Funktion zu erhalten, die Lichtleistung gemäß einem örtlichen
Tageslichtrhythmus nachzuahmen, aufweist.
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Die
LEDs können organische oder anorganische LEDs in jeder
Kombination sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform emittiert die mindestens
eine der ersten und der zweiten LED Licht einer korrelierten Farbtemperatur,
die nicht auf dem Unbuntbereich liegt. Demzufolge kann das Lichtgemisch,
das von der Vorrichtung emittiert wird, jeder CCT entsprechen, so
dass diese entweder auf dem Unbuntbereich oder jenseits davon liegt.
Deswegen ist es möglich, Licht einer großen Skala
korrelierter Farbtemperatur zu emittieren, um so die Nachahmung
der Änderung der CCT von Licht während des Tageslichtrhythmus
zu verstärken.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht die Nachahmung aller graduellen Änderungen
der Intensität, des Spektrums, der Dauer, der Farbtemperatur und
Farbkoordinaten des natürlichen Lichts zu verschiedenen
Zeiten des Tages und des Jahres. Darüber hinaus ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Nachahmung von natürlichem
Licht an verschiedenen Orten auf dem Planeten.
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Es
sollte selbstverständlich sein, dass die vorliegende Erfindung
auf eine große Vielzahl von Beleuchtungsanwendungen ange wendet
werden kann, zum Beispiel für die Arbeitsplatz- und Industriebeleuchtung
oder für die Beleuchtung für Gesundheitsbehandlungen.
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Die
LEDs der lichtemittierenden Vorrichtung kann jede monochromatische
LED sein, wie beispielsweise LED-Chips, die blau oder rot emittieren. Die
LED-Chips sind dadurch bevorzugt mit einer Farbumwandlungsschicht
bedeckt, um mindestens teilweise das von dem LED-Chip emittierte
Licht in Licht einer verschiedenen Längenwelle umzuwandeln.
Die Farbumwandlungsschicht kann aus jedem Harzmaterial sein, einschließlich
Phosphorteilchen, das auf den LED-Chip, wie beispielsweise einem
Verteilungsverfahren aufgetragen wird. Somit wird das von dem LED-Chip
emittierte monochromatische Licht bevorzugt in weißes Licht
umgewandelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung
weiterhin Lokalisierungsmittel auf, die dafür ausgestaltet
sind, Informationen über die geographische Lage der Vorrichtung
an die Steuereinheit zu liefern. Somit kann der Tageslichtrhythmus
der entsprechenden örtlichen geographischen Lage der lichtemittierenden
Vorrichtung perfekt unter Berücksichtigung der Informationen,
die von dem Lokalisierungsmittel geliefert wird, reproduziert werden.
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Das
Lokalisierungsmittel ist hierbei bevorzugt ein Einbaulokalisierungssystem,
das dafür ausgerichtet ist, dass es zunächst im
Hinblick auf die geographische Lage eingestellt wird. Das Lokalisierungsmittel
kann beispielsweise ein Eprom sein, das die Information enthält.
Demzufolge kann man jede geographische Lage auf dem Globus mit dem
Lokalisierungsmittel vorher einstellen, so dass das von der Vorrichtung
emittierte Licht aufgrund der Information, die von dem Lokalisierungsmittel
geliefert wird, eingestellt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lokalisierungsmittel
ein GPS-System, das eine detaillierte Information über
die örtliche geographische Lage des Geräts liefert.
Demzufolge kann der örtliche Tageslichtrhythmus perfekt
mit der Vorrichtung nachgeahmt werden.
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Die
Vorrichtung weist hiermit bevorzugt Speichermittel auf, die dafür
ausgestaltet sind, Information über die geographische Lage
und den entsprechenden Lichtaufbau der LEDs der Vorrichtung zu speichern,
um den jeweiligen Tageslichtrhythmus nachzuahmen. Die Speichermittel
sind daher dafür ausgestaltet, ein Vielfaches unterschiedlicher Lichtaufbauinformation
im Hinblick auf eine vordefinierte geographische Lage zu liefern.
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Die
Steuermittel der Vorrichtung sind daher bevorzugt derart ausgestaltet,
einen optimalen Tageslichtrhythmus auf der Grundlage von Information, die
von dem Lokalisierungsmittel und/oder dem Speichermittel geliefert
wird, zu berechnen. Demzufolge stellt das Steuermittel die Lichtleistung
der LEDs ein, um dem jeweiligen örtlichen Tageslichtrhythmus
der geographischen Lage, was von dem Lokalisierungsmittel und/oder
Speichermittel zur Verfügung gestellt wird, zu entsprechen.
Insbesondere sind die Steuermittel bevorzugt derart ausgestaltet,
dass sie die Eingangssignale zu den LEDs der Vorrichtung abhängig voneinander
variieren. Somit sind die Steuermittel derart ausgestaltet, dass
sie mindestens die korrelierte Farbtemperatur, die Farbkoordinaten
des emittierten Lichts und/oder die Lichtintensität von
jeder LED der Vorrichtung unabhängig steuern. Das Steuermittel
ist bevorzugt ein Mikrosteuermittel, das derart ausgestaltet ist,
dass es die Parameter von mindestens der korrelierten Farbtemperatur,
den Farbkoordinaten des emittierten Lichts und/oder der Lichtintensität
von jeder LED der Vorrichtung berechnet, um die Ströme
der LEDs entsprechend zur Herstellung der gewünschten Lichtleistung
einzustellen.
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Demzufolge
kann das von den LEDs der Vorrichtung emittierte gemischte Licht
einer großen Vielzahl verschiedener Lichtemissionen der
Sonne während des Tageslichtrhythmus entsprechen.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung
Sensormittel, die mit der Steuereinheit verbunden sind, auf. Die
Sensormittel sind hier bevorzugt so ausgestaltet, dass sie den Zeitpunkt
des Sonnenuntergangs, die Umgebungsfarbtemperatur und/oder die Umgebungslichtintensität
bestimmen. Die Sensormittel können beispielsweise ein Farb-
oder Photosensor sein. Somit kann der Sensor Information über
bestehendes Umgebungslicht an die Steuereinheit liefern. Darüber
hinaus kann der Sensor die Steuereinheit mit Rückkopplungsinformation über
das von der Vorrichtung emittierte Licht versorgen, um die Steuereinheit
der Vorrichtung zu initialisieren oder einzustellen. Das Sensormittel
kann somit derart ausgestaltet sein, dass es Information über
die CCT, die Lichtintensität und/oder die Farbkoordinaten
des Umgebungslichts oder das von den LEDs der Vorrichtung emittierte
Licht liefert.
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Die
Steuereinheit ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie die Lichtleistung
der LEDs auf der Basis der von dem Sensormittel gelieferten Information
einstellt. Demzufolge kann die von dem Sensormittel gelieferte Information
zur Einstellung der Lichtleistung der LEDs auf ein gegebenes Umgebungslicht
verwendet werden. Die Steuereinheit ist daher bevorzugt derart ausgestaltet,
dass sie eine Intensitäts- und/oder Farbtemperaturkompensation
von bestehendem Umgebungslicht in der Weise ermöglicht, dass
eine Mischung aus Umgebungslicht und Lichtleistung der LEDs einer
vorbestimmten Intensität und/oder Farbtemperatur, wie von
dem Steuermittel vordefiniert, entspricht.
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Es
ist daher möglich, den Tageslichtrhythmus, ob Umgebungslicht
vorhanden ist oder nicht, nachzuahmen. Selbst an Orten, wo Umgebungslicht vorhanden
sein kann, liefert die erfindungsgemäße lichtemittierende
Vorrichtung somit eine zusätzliche Lichtquelle, die die
Umgebungslichtquelle verstärkt, um den Tageslichtrhythmus
nachzuahmen.
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Demzufolge
kann geringeres Umgebungslicht, das nicht vollständig den
Tageslichtrhythmus darstellt, mit der lichtemittierenden Vorrichtung
verstärkt werden, um den Tageslichtrhythmus perfekt nachzuahmen.
Während extremer Wetterbedingungen, wie beispielsweise
kompakte Wolkenbildung, Sonnenfinsternisse oder dergleichen, die
das Umgebungslicht beeinflussen, kann die Vorrichtung daher eine
zusätzliche Lichtquelle zur Verfügung stellen, mit
der es möglich ist, ein Licht entsprechend dem richtigen örtlichen
Tageslichtrhythmus zu liefern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung
weiterhin interne Zeitberechnungsmittel, die Information im Hinblick
auf das Datum und der Zeit des Tages an die Steuereinheit liefert,
auf. Demzufolge kann die richtige Zeit für die Berechnung der
Lichtleistung der LEDs geliefert werden.
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Die
Vorrichtung kann ebenfalls mit drahtlosen Zeitberechnungsmitteln
verbunden werden, die Information im Hinblick auf das Datum und
die Zeit des Tages an die Steuereinheit liefern.
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Die
Vorrichtung kann ebenfalls ein Verbindungsmittel, wie beispielsweise
eine Verbindung an ein existierendes Ethernetz oder das Internet
aufweisen. Demzufolge kann die notwendige Zeit zur Berechnung des
Tageslichtrhythmus an das Steuermittel mit diesem Verbindungsmittel
geliefert werden.
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
lichtemittierenden Vorrichtung.
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Die
lichtemittierende Vorrichtung 1 weist eine Lichtmaschine 2,
die eine Vielzahl von LEDs 2a aufweist, die bevorzugt monochromatische
LED-Chips sind und mit einer Farbumwandlungsschicht ummantelt sind,
mit der es möglich ist, mindestens teilweise das von dem
LED-Chip emittierte Licht in eine andere Wellenlänge umzuwandeln,
auf.
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Die
Lichtleistung der Lichtmaschine 2 kann mit den Steuermitteln 3 gesteuert
werden. Diese Steuermittel weisen bevorzugt einen Mikroprozessor 3b und
elektronische Geräte für den Antrieb 3a auf. Die
elektronischen Geräte für den Antrieb 3a sind
in der Weise ausgestaltet, dass sie die Lichtleistung von jeder
LED 2a der Lichtmaschine 2 individuell steuern. Die
elektronischen Geräte für den Antrieb sind daher bevorzugt
derart ausgestaltet, dass sie mindestens die korrelierte Farbtemperatur,
die Farbkoordinaten und/oder die Intensität des emittierten
Lichts steuern. Mit den elektronischen Geräten für
den Antrieb 3a kann somit das von der Lichtmaschine 2 emittierte Lichtgemisch
eingestellt werden, um einem vordefiniertem Wert der Farbkoordinaten/der
CCC und/oder Intensität zu entsprechen.
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Darüber
hinaus weist das Steuermittel 3 der lichtemittierenden
Vorrichtung 1 einen Mikroprozessor 3b auf, der
bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass er die Parameter berechnet,
die für die Einstellung der Lichtleistung der elektronischen
Geräte für den Antrieb 3a verwendet werden.
Der Mikroprozessor ist somit mit den Zeitangabemitteln 5 verbunden,
die es ermögli chen, das Datum und den exakten Zeitpunkt am
Tag zu liefern. Der Tageslichtrhythmus des Tags kann somit auf der
Grundlage der Information, die von dem Zeitangabemittel 5 geliefert
wird, berechnet werden.
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Das
Zeitangabemittel 5 kann eine Einbauuhr oder eine verdrahtete
oder drahtlose Verbindung sein, die Information über die
spezifische Zeit und das Datum am Ort der lichtemittierenden Vorrichtung 1 liefert.
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Die
Vorrichtung weist weiterhin einen GPS-Empfänger 6 auf,
der mit dem Mikroprozessor verbunden ist und der dazu geeignet ist,
mit einem GPS-Satelliten 7 zu kommunizieren, um detaillierte Information über
die geographische Lage des GPS-Empfängers 6 zu
liefern und damit die Vorrichtung 1 auf dem Globus. Insbesondere
liefert der GPS-Empfänger 6 Information über
die geographische Länge, geographische Breite und geographische
Höhe.
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Demzufolge
kann man die Berechnung des Tageslichtrhythmus, der mit der Lichtmaschine 2 nachgeahmt
wird, der exakten geographischen Lage zugrunde legen, und selbst
an Orten, wo es nur wenig oder kein natürliches Umgebungslicht
gibt, kann der Tageslichtrhythmus daher entsprechend der exakten
geographischen Lage auf dem Globus nachgeahmt werden.
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Weiterhin
weist die Vorrichtung 1 bevorzugt ein Speichermittel 8 auf,
das verschiedene Lichtaufbauinformationen entsprechend verschiedener
Tageslichtrhythmen an irgendeinem gegebenen Ort auf dem Globus speichern
kann. Demzufolge kann die Vorrichtung 1 mit der mit dem
Speichermittel 8 gelieferten Information die Lichtbedingungen
entsprechend eines jeden Orts zu jedem Zeitpunkt an jedem Tag des
Jahres simulieren. Darüber hinaus kann die Änderung
des Lichts, das während der Tageslichtrhythmen während
des Tages oder während eines Jahres auftritt, simuliert
werden.
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Außerdem
weist die Vorrichtung 1 weiterhin ein Sensormittel 9 auf.
Dieser Sensor ist bevorzugt ein optischer Lichtsensor, der dafür
ausgerichtet ist, Information über bestehendes Umgebungslicht
an das Steuermittel 3 zu liefern. Der Sensor liefert somit bevorzugt
Informationen über die CCT, die Farbkoordinaten und die
Intensität des vorhandenen Umgebungslichts und/oder des
von der Lichtmaschine 2 emittierten Lichts. Somit ist eine
Rückkopplung des von der Lichtmaschine 2 imitierten
Lichts eingerichtet, mit der es möglich ist, deren Lichtleistung
einzustellen. Darüber hinaus kann das Steuermittel 3 in der
Weise ausgestaltet sein, dass es das von der Lichtmaschine 2 emittierte
Licht zum Umgebungslicht individuell einstellt, um das natürliche
Licht während des Tages nachzuahmen. Somit erhält
das Steuermittel 3 als erstes Information über
vorhandenes Umgebungslicht von dem Sensor 9 und stellt dann
die Lichtleistung der Lichtmaschine 2 ein, um das Umgebungslicht
zu verstärken und damit einen gewünschten und
vordefinierten Tageslichtrhythmus nachzuahmen. Selbst an Orten,
wo es nur sehr wenig Umgebungslicht gibt, kann das natürliche
Licht somit entsprechend einem gewünschten Tageslichtrhythmus
nachgeahmt werden.
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Die
Vorrichtung 1 kann mit einer Anwenderschnittstelle 10 verbunden
werden, mit der es möglich ist, das emittierte Licht im
Hinblick auf seine Intensität, wie CCT und/oder die Farbkoordinaten
davon genau zu steuern.
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Die
Vorrichtung 1 kann ebenfalls eine Ethernet- oder Internetverbindung
aufweisen. Somit kann die Information über die örtlichen
Wetterbedingungen mit dieser Verbindung geliefert werden, um den
Tageslichtrhythmus zu beeinflussen und beispiels weise den simulierten
oder nachgeahmten Tageslichtrhythmus an die tatsächlichen
Wetterbedingungen einzustellen. Somit kann das von der Lichtmaschine 2 emittierte
Licht an wolkigen oder regnerischen Tagen eingestellt werden, damit
es beispielsweise weniger Intensität als das normale natürliche
Licht zum gleichen Zeitpunkt an diesem Tag aufweist.
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Es
ist daher möglich, das emittierte Licht der Lichtmaschine 2 auf
alle Arten von Wetterbedingungen einzustellen. Es kann auch gut
möglich sein, das von der Lichtmaschine 2 emittierte
Licht an Wettervorhersagen, die von der Steuereinheit 3 geliefert werden,
anzupassen. Somit können Lichtbedingungen für
künftige Daten simuliert werden. Die Vorrichtung 1 kann
natürlich auch gut dafür geeignet sein, Lichtbedingungen
entsprechend natürlichem Licht an einer gewissen geographischen
Lage auf dem Globus in der Vergangenheit zu simulieren.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, können viele Modifikationen und
Veränderungen von einem Fachmann vorgenommen werden, ohne
sich vom Umfang dieser Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche
definiert ist, zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/114614
A1 [0007]