CN101099007A - 具有多个光源的布置结构的卫生配件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卫生配件，它包括多个光源(24a、24b、24c)的布置结构，以照射从卫生配件排出或进入卫生配件的水，其中所述光源产生不同颜色的光。按照本发明，设有设置在光源(24a、24b、24c)前面的、用于使由光源产生的光成束和混合的集光光学装置(18)。通过这种方式能够产生例如从内部照射喷淋水束的、强烈的混合色。

Description

具有多个光源的布置结构的卫生配件
技术领域
本发明涉及一种具有用于照射从卫生配件排出或进入卫生配件的水的多个光源的布置结构的卫生(洁具)配件，其中通过光源可以产生不同颜色的光。
背景技术
由DE 203 17 375已知这种卫生配件。这里描述的卫生配件在水出口或水入口的区域内具有发光结构，通过所述发光结构能够产生不同颜色的光。在此根据水温调节所述颜色。在一个详细描述的实施例中所述发光结构包括三个直接设置在卫生配件的排出口之间的LED(发光二极管)。
发明内容
本发明的目的是，这样改进上述形式的卫生配件，使得由光源产生的光作用不仅能够获得信息，而且对于卫生配件的使用者还可以激发愉悦的情绪。
按照本发明，在上述类型的卫生配件中，通过设置在光源前面的、用于使由光源产生的光线成束和混合的集光光学装置(Sammeloptik)来实现所述目的。
本发明人已经认识到，常见的光源如低压汞灯以及由于其紧凑性而特别有利的LED在相对较大的空间角度范围上发出光线。这使得一方面难以在较大的空间范围上混合由光源产生的彩色光线并以这种方式产生让人感觉愉悦的混合色。
另一方面通过已知的光源侧向发出很多光线，以致基本上只有紧靠卫生配件入口或出口的周围的区域得到照射。与此不同，如果按照本发明由光源产生的光线通过集光光学装置成束并混合，则可以在一较长的路径上、优选从内向外以均匀的颜色对从卫生配件流出的水束进行照射，这会美学上产生非常令人愉悦的光效应。
所述集光光学装置最好包括多个具有集光作用的光学元件，其中每个光源精确地配设一个或多个光学元件。通过这种方法能够比通过唯一的光学元件共同获得所有从光源产生的光束的情况更好地捕获从光源产生的光线并使其成束。
原则上可以这样倾斜地设置光源，其辐照轴线在一个点上相交，相对于所述辐照轴线从光源产生的光束至少基本上是旋转对称的。通过这种方式，对于围绕这个点的区域可以保证光线的良好混合。但是光源的倾斜布置在结构上较复杂的并因此较为昂贵。
因此，至少一个光源优选相对于与其相配的光学元件这样设置，使得所述至少一个光源的辐照轴线以一定的偏移量平行于相配的光学元件的对称轴线延伸。所述偏移量大于相应光学元件半径的10％或者甚至大于15％。
由于光源辐照轴线相对于相配的光学元件的对称轴线的这种平行偏移，形成由所述至少一个光源产生的光束的倾斜/折射(Verkippung)。通过所述至少一个光源的辐照轴线相对于相配光学元件的对称轴线的相对位置，这里实际上可以任意地调节倾斜的方向和程度。这提供了这样的可能性，即，仅通过所述倾斜使从光源产生的光束对准位于卫生配件以外的点，在所述点附近光束实际上完全混合。通过这种方式可以放弃光源复杂的倾斜布置。
因为所述光源一方面较紧密地相互间隔布置并且所述的点离卫生配件较远、例如约50cm，所以即使离所述点距离较大，也能实现对由光源产生的光束非常良好的混合。通过这种方式对于卫生配件的使用者在通常所需长度上产生尽可能均匀的色彩效果，该长度由卫生配件与对应物体、例如清洗台或喷淋池之间的距离确定。
所述光源最好以多重对称性绕一共同的对称轴线分布地设置。对于三个光源例如可以将其设置在一个等边三角形的顶角上，而对于四个光源将其设置在正方形的顶角上。
与各个光源相配的光学元件最好具有非球面透镜的作用。当辐照轴线与光学元件的对称轴线偏移设置时，尤其是这样。
具有集光作用的光学元件例如可以是衍射的光学元件或者常见的透镜元件。在采用透镜元件的情况下，已经证实有利的是，所述透镜元件分别具有凹的入射面和凸的出光面。当透镜元件具有非球面结构时，所述透镜元件最好具有这样的曲率，该曲率在元件的对称轴线上是最小的。
这里各透镜元件也可以形成一体的单元。这主要在光源设置在狭窄的空间中时是有利的，对于卫生配件中空间上受限制的情况，情况通常是这样的。这里，透镜元件可以沿着光源共同的对称轴线相互邻接。由于透镜元件的直接相互邻接，在这种组合体(Konstellation)中可以确保，由光源产生的、没有穿过与该光源相配的光学元件的光束分量至少由与其它光源相配的光学元件捕获并使其成束。
在一个有利的改进方案中，所述集光光学装置还包括另外一个具有集光作用的光学集光元件，它对从光学元件发出的光束共同进行聚集。在此最好这样设计聚光元件，使从光源产生的光线基本以尽可能平行的或顶多略微发散的或收敛的射束离开卫生配件。
这里所述光学集光元件最好具有一沿光源的共同对称轴线延伸的对称轴线。在这种光学集光元件中非球面作用通常是有利的。
如果所述光学集光元件不是衍射元件，而是具有正屈光力(Brechkraft)的透镜，则优选这个集光透镜是双凸的。在非球面作用的情况下，双凸透镜的曲率在集光透镜的对称轴线上是最小的。
为了实现较好的混合，可以设置散射从光源产生的光线的散射装置。该散射装置例如可以是具有不规则成形或按目的形成结构的表面的散射片。在表面形成结构的情况下，常见的结构尺寸不超过1mm且最好不超过0.1mm。代替附加的散射片，也可以在本来就存在的光学元件、例如在集光透镜的平的或弯曲的表面上设置这种表面。
LED特别适于用作光源，因为这种半导体元件具有非常高的发光效率/发光量(Lichtausbeute)。此外，LED较小，以致在配件壳体内部直接在水入口或水出口附近就可以为LED提供空间。还优选使所述光源产生红色、绿色和蓝色的光线。如果附加地还设有产生黄色光线的光源，则可产生特别令人愉悦效果的颜色。
为了提高发光密度/亮度(Leuchtdichte)，也可以设有多组光源，其中每组包括用于所有希望颜色的光源。所述光源组也可以设计成所谓的多色LED，其中在一壳体内组合多个光发射元件形式的光源。通过这种方式在各多色LED内就已经可以实现颜色混合。
附图说明
由下面借助于附图对实施例的说明可得出本发明其它的特征和优点。附图中：
图1以轴向剖视图示意性示出具有集光光学装置的卫生配件的出水头；
图2示出图1中的集光光学装置的轴截面(Meridionalschnitt)；
图3示出集光光学装置沿线III-III的水平剖视图。
具体实施方式
图1以示意性轴向剖视图示出卫生配件的出水头10，所述出水头固定装配在卫生区或者也可以是手持件(Handstück)的一部分。该卫生配件例如可以是淋浴配件、清洗台配件或者浴池配件。该出水头10具有一壳体11和一包含在其中的混合水出口12，所述混合水出口以本身已知的方式与图1中未示出的混合组件连接。该混合组件本身又连接在热水输入管和冷水输入管上。该混合水出口12过渡到一环形通道14中，该环形通道在端侧设有排出口15。
在由环形通道14包围的空间中接纳一光源装置16和一集光光学装置18。所述光源装置16包括安装在一冷却体20上的电路板22，所述电路板携带有三个LED 24a、24b、24c，在图1的剖视图中只能看到其中两个LED 24a、24b。LED 24a、24b、24c设计成用于产生红色、绿色以及蓝色的光。
下面借助于图2和3详细说明所述集光光学装置，这两个附图以轴线剖视图和沿线III-III的水平剖视图示出集光光学装置18。
所述LED 24a、24b、24c以三重对称性设置在与集光光学装置18共同的光学轴线GOA同心的第一圆K上。这里LED 24a、24b、24c具有相互平行的辐照轴线25a、25b、25c，所述辐照轴线位于第一圆K上并且形成辐照光锥的对称轴线。
三个透镜元件26a、26b、26c在光传播方向上直接位于LED 24a、24b、24c后面，三个透镜元件沿着平面P相互扭绞接触(ansprengen)或粘接。通过这种方式三个透镜元件26a、26b、26c形成一总的透镜体。
每个透镜元件26a、26b、26c都具有对称轴线27a、27b、27c，入射面28a、28b、28c以及出光面29a、29b、29c设计成相对于所述对称轴线是对称的。对称轴线27a、27b、27c相互平行延伸并且穿过第二圆K’，该圆与第一圆K同心地围绕一共同的对称轴线GOA分布。
入射面28a、28b、28c和出光面29a、29b、29c都是非球面地形成，其中曲率分别随着与对称轴线27a、27b、27c的径向距离的增加而增加。
所述对称轴线27a、27b、27c与LED 24a、24b、24c的辐照轴线25a、25b、25c以偏移量d错开布置。如同在图3中特别清楚地示出的那样，这个偏移量d对应于圆K与K’的半径之间的差值，辐照轴线25a、25b、25c或对称轴线27a、27b、27c位于这两个圆上。
在光传播方向上，在透镜元件26a、26b、26c的后面设置双凸的集光透镜30，其对称轴线与共同的光学轴线GOA重合。所述集光透镜30也具有非球面的入射面31和非球面的出光面32，其曲率随着距共同的光学轴线GOA的距离的增加而增加。所述出光面32通过去除材料去光泽或者形成轮廓、如通过蚀刻、磨砂、磨削或铣削，以实现散射结构33。该散射结构33的作用是，进一步混合由LED 24a、24b、24c产生的光束。代替散射结构也可以使用附加的、具有蚀刻的、磨砂的或磨削的表面的散射片。通过体积散射片获得更强的散射，如例如作为乳色玻璃所使用的体积散射片。
为了说明光路，在图2中针对LED 24a以其边缘射束和其中央射束(Schwerstrahl)示出两个射束S1、S2。由双点划线表示的射束S1是轴向场束，而以虚线表示的射束S2从LED 24a的一边缘点发出。
如图2所示，从LED 24a产生的光通过透镜元件26a聚集并且总体上朝共同的光学轴线GOA倾斜地对准集光透镜30。这种倾斜通过辐照轴线25a、25b、25c与透镜元件26a、26b、26c的对称轴线27a、27b、27c之间偏移产生。由于这种倾斜，由LED 24a、24b、24c产生的光束重叠，这可以特别清楚地在图1的示意图中看出。这里所述集光光学装置18设计成使三个光束以与LED 24a、24b、24c约50cm的距离处进入完全重叠。在这个距离会使从LED 24a、24b、24c产生的彩色光束最好地混合。
在这(个距离)之前和之后只在由单色光包围的中央区域存在混合。当围绕共同的光束运动时会发现，这个单色光的颜色是变化的。但是，由于LED 24a、24b、24c在空间上是紧密相邻地布置的，并且由于完全混合的平面距离较远，使单色光的比例相对较小，由此由出水头10发出的光对于卫生配件的使用者总体上会引起一种非常均匀的色彩效果。通过可强烈散射的散射结构33可以进一步增强混合，但是会牺牲光束。
对于在图1中通过点阴影面表示的、由LED 24a或24b产生的光束35a，35b，假设从LED24a、24b产生的光线穿过分别相配的透镜元件26a或26b。但是较少部分的光线在一些情况下可能穿过与另一LED相配的透镜元件。所述(部分)光线以与共同光学轴线GOA较大的角度从出水头10发出。如果不希望这种倾斜的光射出，可以通过直接在LED24a、24b、24c上的合适的遮光部(Abblendung)阻止所述较少的光部分到达与相关LED不相配的透镜元件上。
所述集光光学装置18在出光侧由一可更换地固定在出水头10的壳体11上的遮盖片34封闭。该遮盖片34在外侧设有覆层37，它使石灰难以淀积。通过这种方式可以方便地用湿抹布清洁遮盖片34。
所述光源布置结构16的电路板22通过功率电子装置36与出水头10的控制器38连接。该控制器38的任务是对LED 24a、24b、24c进行单独控制。此外该控制器38还对安装在混合水出口12内的电磁阀40起作用，通过该电磁阀可以调节流出的混合水量。
该控制器38还与温度传感器42和流量开关44连接，当混合水从混合水出口12流入环形通道14时，所述流量开关产生开关信号。通过光检测器46所述控制器38可以获得出水头10所在空间内的亮度。通过操纵单元48可以控制出水头10的功能，并且必要时也可以对操纵单元编程。为了供电使控制器38与电压源50连接，该电压源例如可以是家用交流电或者蓄电池。在控制器38中可以集成功率电子装置36，所述控制器、光检测器46和操纵单元48可以在空间上远离出水头10的其余部件地设置。这通过虚线52表示。当出水头10与手持件一起形成淋浴头时，这种空间上的分离是适宜的。
上面借助于图1至3描述的出水头10的功能如下：
如果使用者在操纵单元48上调节所期望的水量和水温，则电磁阀40释放相应的且由未示出的混合组件以所期望的温度提供的水量。在由箭头54表示的流动方向上流过电磁阀40的混合水使流量开关44动作。由此控制器38获得这样的信息，即，现在水从出水头10的出水口15流出。
在可以在操纵单元48上调节出来的第一运行模式中，控制器38可以这样控制起动LED 24a、24b、24c，使得从LED 24a、24b、24c产生的光具有与水温相关的颜色。实际的水温由温度传感器42传递给控制器38。例如可以这样选择颜色，使得对于冷水产生蓝光，对于热水产生红光，而对于微温水产生白光。在此通过对由发光二极管24a、24b、24c产生的光进行加色混合产生所期望颜色的光。
借助于光检测器46可以使控制器38获知环境光的亮度如何。环境光越亮，这由LED 24a、24b、24c产生的光线强度就必须越强。只有这样才能保证使用者可以感知从光源结构16产生的光。
此外当流量开关44检测到(registrieren)出水口12中的水流量时，所述LED 24a、24b、24c才产生光线。通过这种方法防止，在水从出水口15流出之前产生光线，并由此对于使用者产生干扰的炫目现象。
由光源结构16产生的混合色束由流出的混合水圆柱形地包围并且因此从内部照射混合水。
从LED 24a、24b、24c释放的散逸热通过电路板22传递到冷却体20上，所述冷却体与出水头10的壳体11直接热接触。通过这种方式，散逸热通过冷却体20传递到通流出水头10的混合水上。
在可以在操纵单元48上调节出来的第二运行模式中，对于从LED24a、24b、24c产生的光线，使用者可以调节成与水温无关的颜色。这个颜色的选择可以按照不同的观点实现。例如可以在操纵单元48上通过相应的操纵元件直接调节该颜色。此外还考虑，使颜色存储在一可以与操纵单元48中的发射/接收单元共同作用的应答器卡中。存储在应答器卡中的颜色例如可以由使用者自由选择或者由光疗程序给定。除此以外或者可选择地也可以根据钟点(Tageszeit)、季节或天气选择颜色。

Claims (31)

1.一种具有多个用于照射水的光源(24a、24b、24c)的布置结构的卫生配件，水从卫生配件流出或进入卫生配件，其中可由光源(24a、24b、24c)产生不同的颜色的光，其特征在于，具有设置在光源前面的、用于使由光源(24a，24b，24c)产生的光成束和混合的集光光学装置(18)。
2.如权利要求1所述的卫生配件，其特征在于，所述集光光学装置(18)包括多个具有集光作用的光学元件(26a、26b、26c)，其中每个光源(24a，24b，24c)可逆明确地配设有至少一个光学元件(26a，26b，26c)。
3.如权利要求2所述的卫生配件，其特征在于，所述光学元件(26a、26b、26c)具有相互平行地延伸的对称轴线(27a、27b、27c)。
4.如权利要求2或3所述的卫生配件，其特征在于，所述光源产生这样的光束，所述光束相对于与相应光源相配的辐照轴线(25a，25b，25c)至少基本上是旋转对称的。
5.如权利要求4所述的卫生配件，其特征在于，所述光源(24a、24b、24c)的辐照轴线(25a、25b、25c)相互平行地延伸。
6.如权利要求5所述的卫生配件，其特征在于，至少一个光源(24a、24b、24c)相对于与其相配的光学元件(26a、26b、26c)这样设置，即，使所述至少一个光源(24a、24b、24c)的辐照轴线(25a，25b，25c)以一定偏移量(d)平行于相配的光学元件(26a、26b、26c)的对称轴线(27a、27b、27c)延伸。
7.如权利要求6所述的卫生配件，其特征在于，所述偏移量(d)大于相应光学元件(26a、26b、26c)的半径的10％、最好大于15％。
8.如权利要求2至7中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光学元件(26a、26b、26c)具有非球面透镜的作用。
9.如权利要求2至8中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光学元件是衍射的光学元件。
10.如权利要求2至8中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光学元件是透镜元件(26a、26b、26c)。
11.如权利要求10所述的卫生配件，其特征在于，所述透镜元件(26a、26b、26c)分别具有凹的入射面(28a、28b、28c)和凸的出光面(29a、29b、29c)。
12.如权利要求11所述的卫生配件，其特征在于，所述凹的入射面(28a、28b、28c)具有这样的曲率，所述曲率在对称轴线(27a、27b、27c)上是最小的。
13.如权利要求10至12中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述透镜元件(26a、26b、26c)形成一体的单元。
14.如权利要求2至13中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述集光光学装置(18)包括具有集光作用的光学集光元件(30)，它将从光学元件(26a，26b，26c)发出的光束聚集在一起。
15.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光源(24a、24b、24c)以多重对称性绕一共同的对称轴线(GOA)分布地设置。
16.如引用权利要求13的权利要求15所述的卫生配件，其特征在于，所述透镜元件(26a、26b、26c)沿光源共同的对称轴线(GOA)相互邻接。
17.如引用权利要求14的权利要求15所述的卫生配件，其特征在于，所述光学集光元件(30)具有沿光源(24a、24b、24c)共同的对称轴线(GOA)延伸的对称轴线。
18.如权利要求14或17所述的卫生配件，其特征在于，所述光学集光元件(30)具有非球面透镜的作用。
19.如权利要求14，17或18中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光学集光元件是集光透镜(30)。
20.如权利要求19所述的卫生配件，其特征在于，所述集光透镜(30)是双凸的。
21.如权利要求19或20所述的卫生配件，其特征在于，所述集光透镜具有凸的出光面(32)，所述出光面的曲率在集光透镜的对称轴线(GOA)上最小。
22.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，具有散射装置(33)，该散射装置使从光源(24a、24b、24c)产生的光发生散射。
23.如权利要求22所述的卫生配件，其特征在于，所述散射装置(33)包括具有尺寸小于1mm的结构的表面。
24.如权利要求19至21中任一项和权利要求23所述的卫生配件，其特征在于，所述表面是集光透镜(30)的光学有效的面。
25.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光源是LED(24a、24b、24c)。
26.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述光源(24a、24b、24c)产生红色、绿色和蓝色的光。
27.如权利要求26所述的卫生配件，其特征在于，所述红色由625nm至650nm之间的光波长确定，所述绿色由500nm至550nm之间的光波长确定，而所述蓝色由455nm至485nm之间的光波长确定。
28.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，具有一产生黄色的光的光源。
29.如权利要求28所述的卫生配件，其特征在于，所述黄色由570nm至590nm之间的光波长确定。
30.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，由所述光源(24a、24b、24c)产生的光无光导体地在卫生配件中传播。
31.如上述权利要求中任一项所述的卫生配件，其特征在于，所述卫生配件具有用于水的进入口或排出口(15)，所述进入口或排出口包围所述光源(24a，24b，24c)的布置结构。
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