DE19648620C2 - Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren Beleuchtungsfeldes - Google Patents
Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren BeleuchtungsfeldesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren
Beleuchtungsfeldes, mit einer Lichtquelle und mindestens
einer in den Strahlengang des Lichtes zur Festlegung des Lichtkegels eingeschalteten
optischen Linse.
Eine derartiges System ist aus der DE 42 37 386 A1 bekannt.
Ferner offenbart die GB 12 09 234 eine Brille mit durch Fernbedienung veränderbarer
Brennweite flexibler Linsen.
Bei vielen Beleuchtungssystemen, wie etwa Fahrzeugscheinwerfern, Stehlampen oder
auch Deckenleuchten besteht häufig der Wunsch, nicht nur die Beleuchtungsstärke,
sondern auch das Beleuchtungsfeld verändern zu können. Da im Regelfall elektrische
Lichtquellen verwendet werden, ist die Beleuchtungsstärke durch eine entsprechende
Beeinflussung der elektrischen Leistungsparameter problemlos einstellbar. Im Hinblick
auf die Ausbildung des Lichtkegels eines Beleuchtungssystems zur Beeinflussung der
Leuchtweite und der Festlegung der Beleuchtungsfläche ergeben sich jedoch größere
Probleme. Bei Fahrzeugscheinwerfern wird das Problem der Leuchtweitenregulierung
bisher dadurch gelöst, daß, je nach dem, ob normales Fahrlicht oder aber Fernlicht
gewünscht wird, jeweils eine von zwei Lichtquellen eingeschaltet wird, wobei die
beiden Lichtquellen in unterschiedlicher räumlicher Zuordnung zur verwendeten
Fokussiereinrichtung angeordnet sind. Überwiegend weisen derartige Scheinwerfer als
Fokussiereinrichtung einen Hohlspiegel auf. Es ist aber auch bekannt, zur
Fokussierung Linsensysteme aus Glas zu verwenden. Kennzeichnend für diese
Lösungen ist jeweils, daß es im Prinzip zwei Einstellungen für die Leuchtweite und
damit für die Festlegung des Beleuchtungsfeldes gibt, nämlich normales Fahrlicht und
Fernlicht. Um eine Anpassung an die Fahrzeugneigung infolge starker Beladung
vornehmen zu können, sind darüber hinaus auch mechanisch arbeitende
Leuchtweitenverstellungen bekannt, die entsprechend der jeweiligen Beladung einmal
eingestellt werden und erst wieder verändert werden, wenn Änderungen der Beladung
vorliegen.
Bei Taschenlampen ist es bekannt, die Entfernung zwischen der Lampe und dem als
Reflektor benutzten Hohlspiegel durch eine entsprechende Verstellvorrichtung
stufenlos zu verändern. Dadurch kann die Form des Lichtkegels und somit auch die
Leuchtweite beeinflußt werden.
Aus der GB 12 09 234 ist eine Brille bekannt, deren "Gläser" jeweils in Form einer
flexiblen Linse ausgebildet sind. Die Brennweite dieser flexiblen Linse ist durch eine
Einstellvorrichtung veränderbar. Die Linse selbst ist als flexibler Hohlkörper
ausgebildet, der mit einer Flüssigkeitsfüllung versehen ist. Die Hülle des Hohlkörpers
und die Flüssigkeitsfüllung sind aus einem Material mit sehr guter Lichtdurchlässigkeit.
Der Hohlraum der Linse ist durch eine flexible Schlauchleitung mit einem kleinen
Kolben-/Zylinder-System im Bügel der Brille untergebracht. Die Schlauchleitung und
der Zylinderraum des Kolben-/Zylinder-Systems sind ebenfalls flüssigkeitsgefüllt.
Durch Veränderung der Stellung des Kolbens mit Hilfe eines Schiebereglers kann
wahlweise Flüssigkeit in den Linsenhohlraum hineingefördert oder abgezogen werden,
so daß sich die Krümmung der Linse entweder stärker oder schwächer einstellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auf eine möglichst einfache Art und
Weise eine Einstellung des Beleuchtungsfeldes eines Beleuchtungssystems möglich
ist, ohne daß das Beleuchtungssystem selbst gegenüber der Beleuchtungsfläche
verschoben werden muß. Es soll also eine Beeinflussung der Form des Lichtkegels
des Beleuchtungssystems ermöglicht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß im Strahlengang des
Beleuchtungssystems mindestens eine flexible Linse angeordnet wird, deren
Brennweite durch eine fernbetätigbare Aktorik veränderbar ist: Die flexible Linse kann
dabei aus einem Vollmaterial bestehen, z. B. einem lichtdurchlässigen flexiblen
Kunststoff, wobei die Aktorik z. B. in Form von piezo-elektrischen Aktoren ausgebildet
sind. Durch derartige Aktoren können von außen Druck- und / oder Zugkräfte
unterschiedlicher Größe auf den Linsenkörper ausgeübt werden, die die
Linsenkrümmung entsprechend verändern. Selbstverständlich ist es auch möglich,
diese Verformungskräfte auf andere Art und Weise (z. B. elektromotorisch,
elektromagnetisch, hydraulisch oder auch pneumatisch oder rein mechanisch)
aufzubringen.
Besondere Eigenschaften der flexiblen Linse lassen sich erzielen, wenn der
Linsenkörper aus unterschiedlichen Materialien im Sinne eines mehrschichtigen
Verbundkörpers ausgebildet ist. Eine für die vorliegende Erfindung besonders
vorteilhafte Ausführung der flexiblen Linse besteht darin, diese als flüssigkeitsgefüllten
Hohlkörper zu gestalten, wobei das Flüssigkeitsvolumen durch eine entsprechende
Befüllvorrichtung wahlweise vergrößert und verkleinert werden kann, um die
Linsenform zu verändern. Hierzu weist die Hülle der Linse eine entsprechende
Elastizität auf. Die Befüllvorrichtung kann z. B. in Form einer kleinen elektrischen
Pumpe (z. B. Zahnradpumpe) ausgebildet sein.
Besonders empfehlenswert ist die Verwendung eines Zylinder-/Kolben-Systems,
insbesondere wenn dieses System elektromotorisch antreibbar ist.
Zweckmäßigerweise wird die Befüllvorrichtung mittels einer biegsamen
Leitungsverbindung, also einer Schlauchverbindung, mit dem Hohlraum der flexiblen
Linse verbunden.
Als Lichtquelle werden wegen ihrer kompakten Ausführbarkeit und guten
Regulierbarkeit elektrische Lampen bevorzugt. Für einige Anwendungen empfiehlt es
sich, die Lichtquelle in größerer Entfernung von der flexiblen Linse anzuordnen und
das Licht von der Lichtquelle über eine Glasfaseroptik in den Nahbereich der flexiblen
Linse zu übertragen. Dadurch läßt sich die körperliche Größe der Lichtaustrittsfläche
aus dem Beleuchtungssystem völlig unabhängig von der Größe der Lichtquelle
gestalten.
Eine insbesondere für Fahrzeugscheinwerfer geeignete Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, im Bereich der optischen Achse der flexiblen Linse einen
Hohlspiegel vorzusehen und die Lichtquelle zwischen dem Hohlspiegel und der
flexiblen Linse so anzuordnen, daß der Lichtaustritt aus der Lichtquelle in den
Hohlspiegel gerichtet ist.
Zur Verstellung der Leuchtweite ist es vorgesehen, die Aktorik zur
Brennweitenänderung der flexiblen Linse mit dem Wählschalter für die Einschaltung
des Fahr- und Fernlichtes steuerungstechnisch zu verbinden. Ein solcher
Fahrzeugscheinwerfer kann bei Bedarf auch so eingerichtet werden, daß er seinen
Beleuchtungskegel stufenlos verändern kann, also nicht nur zwischen den beiden
Stufen Fahr- und Fernlicht variiert wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, das
Beleuchtungssystem als Teil einer Steh- oder Schreibtischlampe auszubilden, die mit
einem Fuß und einem Schaft versehen ist, wobei der Lichtaustritt am freien Ende des
Schaftes angeordnet ist.
Um die Einsatzmöglichkeiten dieser Lampe zu erweitern, empfiehlt es sich, den Schaft
als Schwanenhals, also flexibel biegbar zu gestalten. Damit läßt sich der Leuchtkegel
auf beliebige Objekte richten. Die Beleuchtungsfläche läßt sich ohne eine Veränderung
der Entfernung zum Objekt durch entsprechende Anpassung der Krümmung der
flexiblen Linse einstellen.
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung sieht vor, das Beleuchtungssystem als
Bestandteil einer Projektionseinrichtung, z. B. eines Diaprojektors, zu gestatten.
Grundsätzlich ist es möglich, für das Beleuchtungssystem mehrere flexible Linsen
hintereinander anzuordnen, um die Leuchtweitenverstellung in einem möglichst großen
Bereich zu ermöglichen. Für viele Einsatzzwecke ist es jedoch völlig ausreichend, sich
auf eine einzige flexible Linse zu beschränken.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem mit Hohlspiegel und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schreibtischlampe
Das in Fig. 1 dargestellte Schema eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems
sieht eine flexible Linse 1 vor, die eine optische Achse 4 aufweist. Im Bereich dieser
optischen Achse 4 ist ein Hohlspiegel 3 mit Abstand von der flexiblen Linse 1
angeordnet, wobei die Öffnung des Hohlspiegels 3 der flexiblen Linse 1 zugewandt ist.
Ebenfalls im Bereich der optischen Achse 4 (zwischen Hohlspiegel 3 und flexibler
Linse 1) liegt eine als elektrische Lampe 2 ausgebildete Lichtquelle, deren Lichtaustritt
in den Hohlspiegel 3 gerichtet ist. Der Hohlspiegel 3 hat die Funktion eines Reflektors
und erzeugt ein reflektiertes Licht, das im wesentlichen in parallelen Strahlen auf die
flexible Linse 1 trifft. Die flexible Linse 1 fokussiert die Lichtstrahlen im Fokuspunkt 5.
Durch nicht dargestellte Aktoren, die Zug- und / oder Druckkräfte auf die flexible Linse
1 ausüben, kann deren Krümmung verändert werden, so daß sich in Abhängigkeit
davon die Leuchtweite des Beleuchtungssystems ändert, also der Fokuspunkt 5 nach
links oder rechts entlang der optischen Achse verschoben wird.
In Fig. 2 ist exemplarisch das Schema einer Schreibtischlampe im Querschnitt
dargestellt. Die Schreibtischlampe weist einen Fuß 14 auf, an den sich ein Schaft 15
anschließt, der weitgehend als Schwanenhals 6 ausgebildet, also flexibel biegbar ist.
Am freien Ende des Schaftes 15 befindet sich die Lichtaustrittsseite dar
Schreibtischlampe. Diese weist eine flexible Linse 1 und eine dahinter angeordnete
elektrische Lampe 2 auf. Die flexible Linse 1 ist in Form eines flüssigkeitsgefüllten
Hohlkörpers ausgebildet und steht über einen biegsamen Schlauch 11 mit einer
Betätigungseinrichtung in Verbindung, die im unteren Teil des Schaftes 15 angeordnet
ist.
Die Betätigungseinrichtung besteht aus einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder 7, in dem
ein Kolben 8 verschieblich angeordnet ist. Die Verschiebung des Kolbens 8 wird
mittels einer Kolbenstange 9 bewirkt, die durch einen elektromotorischen Antrieb 10
nach oben oder unten verschoben werden kann. Je nach Stellung des Kolbens 8
befindet sich ein größeres oder kleineres Flüssigkeitsvolumen in der flexiblen Linse 1.
Dementsprechend stellt sich die Krümmung der flexiblen Linse und damit deren
Brennweite ein. Die Form des Lichtkegels 12 der Schreibtischlampe verändert sich in
entsprechender Weise mit der Krümmung der flexiblen Linse 1, so daß die
Beleuchtungsfläche 13 größer oder kleiner wird.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem läßt sich auch sehr vorteilhaft bei
Deckenbeleuchtungen einsetzen, wenn es von Interesse ist, unterschiedlich große
Flächen eines Raumes ausleuchten zu können, d. h. daß die Helligkeit auf die Stellen
konzentriert werden kann, wo sie tatsächlich aktuell gebraucht wird. Damit läßt sich
nicht zuletzt auch ein Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Gleichzeitig wird auch
eine unerwünschte Wärmeentwicklung auf ein Minimum reduziert.
Im Hinblick auf eine optisch ansprechende Gestaltung, beispielsweise einer
Schreibtisch- oder Stehlampe, kann es vorteilhaft sein, die Druckaktorik beispielsweise
aus einem Glaszylinder und einem Glaskolben zu bilden und gut sichtbar in den Schaft
der Lampe zu integrieren. Als Flüssigkeit könnte eine hochtransparente oder aber
auch eine gefärbte Flüssigkeit verwendet werden. Dabei wäre es ohne weiteres
möglich, im Bereich der flexiblen Linse eine klare hochtransparente Flüssigkeit zu
verwenden und im Bereich der Druckaktorik eine gefärbte Flüssigkeit. Zur Vermeidung
der Vermischung der beiden Flüssigkeiten könnte innerhalb des Zylinderraums 7 oder
innerhalb des Schlauches 11 ein "mitschwimmender" Trennkolben, z. B. aus Glas,
vorgesehen kann. Die Stromversorgung zur Betätigung der Aktorik kann problemlos
aus der gleichen Quelle sichergestellt werden, die zur Versorgung der elektrischen
Lampe ohnehin zur Verfügung steht.
Claims (10)
1. Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren Beleuchtungsfeldes, mit einer Lichtquelle (2) und mindestens einer in den
Strahlengang des Lichtes zur Festlegung des Lichtkegels (12) angeordneten
optischen Linse,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Linse als flexible Linse (1) mit durch Fernbetätigung einer Aktorik
veränderbaren Brennweite ausgebildet ist.
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Linse (1) eine elastische Hülle und eine Flüssigkeitsfüllung aufweist,
deren Volumen zur Veränderung der Linsenform durch eine Befüllvorrichtung
vergrößert und verkleinert werden kann.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Befüllvorrichtung als elektromotorisch (10) verstellbares
Zylinder-/Kolben-System (7, 8, 9) ausgebildet ist.
4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zylinder-/Kolben-System (7, 8, 9) durch eine Schlauchleitung (11) mit
der flexiblen Linse (1) verbunden ist.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Linse (1) vollständig aus elastischem Kunststoff gebildet und durch
Druck- oder Zugkräfte verformbar ist, die durch von außen ansteuerbare
Aktoren, insbesondere piezo-elektrische Aktoren, auslösbar sind.
6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle in größerer Entfernung von der flexiblen Linse (1)
angeordnet und eine Glasfaseroptik zur Lichtübertragung bis in den Nahbereich
der flexiblen Linse (1) vorgesehen ist.
7. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der optischen Achse (4) der flexiblen Linse (1) ein Hohlspiegel
(3) angeordnet ist und daß die Lichtquelle (2) zwischen dem Hohlspiegel (3)
und der flexiblen Linse (1) angeordnet ist, wobei der Lichtaustritt aus der
Lichtquelle (2) in den Hohlspiegel (3) gerichtet ist.
8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die flexible Linse (1) Teil eines Fahrzeugscheinwerfers ist und die Aktorik
zur Brennweitenänderung der flexiblen Linse (1) durch den Wählschalter für
Fahr- und Fernlicht betätigbar ist.
9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die flexible Linse (1) Teil einer mit einem Fuß (14) und einem Schaft (15)
ausgebildeten Steh- oder Schreibtischlampe ist, wobei die flexible Linse (1)
innerhalb des Schaftes (15) an dessen freiem Ende angeordnet ist.
10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die flexible Linse (1) Teil einer Projektionseinrichtung ist.
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R071 | Expiry of right |