DE102005050722A1 - Ringleuchte zur Ausleuchtung eines begrenzten Volumens und deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Ringleuchten werden als Objektbeleuchtung zur gleichmäßigen, schattenfreien und intensiven Ausleuchtung beispielsweise an Kameras und Mikroskopen eingesetzt. Ringleuchten mit nach innen abstrahlenden Lichtquellen als ringförmige Leuchtstofflampen und ringförmig angeordnete Leuchtdioden sind bekannt. Das Licht wird jedoch nicht auf ein scharf begrenztes Volumen fokussiert. Die erfindungsgemäße Ringleuchte (RL) erzeugt eine in allen drei Dimensionen scharf begrenzte Lichtscheibe (LS), indem sie das Licht (LL) der Lichtquelle (LQ) mit Hilfe einer zylinderförmigen Fresnellinse (FL) gleicher Länge exakt in Richtung ihrer Radialebene (RE) fokussiert. Eine ringförmige Aperturblende (AB) im Strahlengang unterstützt diese Begrenzung. Die Lichtquelle (LQ) kann von einem druckfesten Gehäuse (DG) umgeben und so zum Unterwassereinsatz in der Anwendung in einem Partikel-Detektionssystem geeignet sein, wobei das Gehäuse gleichzeitig Lichtstreuung in die Umgebung der Lichtscheibe (LS) vermeidet. Die Dicke der Lichtscheibe (LS) ist nur von der Länge der Abstrahlfläche (AF) der Lichtquelle (LQ) und der Fresnellinse (FL) abhängig und kann für die genaue Abbildung von Partikeln sehr dünn, d. h. im Bereich der Dicke der größten zu erwartenden Partikel, gehalten werden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Ringleuchte mit einer als Hohlzylinder ausgebildeten Lichtquelle mit einem Leuchtmittel und mit einer Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlung, wobei die Lichtquelle eine Abstrahlfläche mit einer auf die Achse des Hohlzylinders weisenden Lichtabstrahlrichtung aufweist.
• Derartige Ringleuchten sind z.B. um Kameraobjektive zur Makrofotografie, als Operationsfeldbeleuchtung in der Medizin oder auch zur Durchlicht- oder Auflichtbeleuchtung in der Lichtmikroskopie im Einsatz. Dabei ist eine solche Ringleuchte konzentrisch zur optischen Achse der abbildenden Optik angeordnet. Es wird damit im Gegensatz zur Spotbeleuchtung eine schattenfreie Beleuchtung des abzubildenden Objekts erzielt. Auch auf dem Gebiet der Partikeldetektion in Strömungen wird eine schattenfreie, gleichmäßige und intensive Beleuchtung benötigt, hier jedoch innerhalb eines begrenzten Volumens, wodurch nur die mit der Strömung jeweils in den beleuchten Bereich eintretenden Partikel betrachtet werden.
• Auf dem Gebiet der Partikeldetektion sind verschiedene Beleuchtungsvorrichtungen bekannt. Aus der DD 232 552 A1 ist eine Einrichtung zur Zählung und Klassifizierung von dispergierten Teilchen in Flüssigkeiten mit einem von einer Messzelle räumlich begrenzten Messvolumen bekannt, bei dem zur Ausleuchtung des Messvolumens ein Laserstrahl dient, wobei der Strahlfokus in der Mitte des Messvolumens liegt, sodass das detektierte Messvolumen auf einen Punkt reduziert wird. Das Messvolumen ist durch die Ausbildung der Messzelle so eingeengt, dass sich immer nur ein Teilchen im Lichtfokus befindet, dessen Streuung im Laserlicht gemessen wird. Die DD 221 861 A1 beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Lichtstreifens zur Mustererkennung und Identifizierung von Werkstücken in industrieller Umgebung. Dazu wird eine lineare Lichtquelle verwendet, deren Strahlen durch eine Lamellenblende gerichtet und durch eine Zylinderlinse auf das zu erkennende Objekt gebündelt werden. In dem Aufnahmesystem wird durch Kontrasteinstellung ein scharfes Schwarzweißbild des jeweils beleuchteten Streifens erzeugt und analysiert. Ein Reflektor kann für eine höhere Lichtausbeute hinter der Lichtquelle angebracht werden. Weiterhin ist aus der DE 298 13 109 U1 eine Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung eines langen, schmalen Lichtbandes mit zweidimensionaler Ausprägung bekannt, bei der das Licht einer Anzahl von Lampen in einem engen Gehäuse mit einer ersten jeweils eigenen und einer zweiten gemeinsamen Linse zu einem schmalen Strahl mit Fokus auf einer Linie wählbarer Entfernung erzeugt wird. Die Lichtausbeute entspricht etwa dem Abstrahlwinkel und ist damit sehr gering. In der DE 197 36 172 B4 wird eine Vorrichtung zur Analyse von in einem strömenden Fluid dispergierten Teilchen beschrieben, die mit Blenden arbeitet, deren Kanten hyperbelartig gekrümmt sind und damit bei Beleuchtung ein dreidimensionales Messvolumen mit einem bekannten Schärfentiefenbereich definieren, das kegelstumpfartig mit gebogenen Kanten ausgebildet ist. Im zugehörigen Verfahren werden Teilchen mit definierter Laufzeit im Messvolumen ausgewertet. Die Beleuchtungseinrichtung ist parallel zum Detektor angeordnet, das Detektionssignal wird über ein Prisma aus dem Messvolumen umgelenkt.
• Bekannte Video-Plankton-Rekorder (VPR) nutzen punkt- oder linienförmige Lichtquellen und einzelne sphärische oder zylindrische Linsen zur Kollimation. Im großskaligen Bereich kommen auch starke Halogensysteme zum Einsatz. Die bekannten Vorrichtungen haben aber zum Problem, dass keine scharfe optische Begrenzung des Messvolumens erzeugt werden kann und die Tiefenschärfe im Messvolumen aufwändig softwaretechnisch justiert wird, was im kleinskaligen Bereich der Planktonbeobachtung zu hohen Ungenauigkeiten der Volumeneinschätzung führt.
• Als Kameraleuchte ist die Ringleuchte für schattenfreie Reprofotografie aus der DE 299 21 150 U1 bekannt. Bei dieser, als technischer Hintergrund zu der vorliegenden Erfindung anzusehenden Druckschrift wird als Leuchtmittel eine handelsübliche Ring-Leuchtstofflampe eingesetzt. Sie strahlt ihr Licht gleichmäßig nach allen Seiten, also auch nach innen in Richtung auf die Achse der Lichtquelle ab. Eine Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlrichtung wird hier durch eine Vorrichtung gebildet, die hauptsächlich den Lichteinfall auf das zu beleuchtende Objekt verändert, indem das Leuchtmittel angehoben oder abgesenkt wird. Ferner ist eine Ringleuchte aus der DE 102 11 768 A1 bekannt, von der die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht. Diese Druckschrift offenbart eine aus einem Ring von Leuchtdioden für weißes Licht bestehende, als flacher Hohlzylinder ausgebildete Lichtquelle, deren Abstrahlrichtung nach innen auf die Achse des Hohlzylinders weist. Durch eine zweigeteilte Konstruktion kann der die Leuchtdioden tragende erste Ring in Bezug auf einen feststehenden zweiten Ring im Durchmesser verändert werden. Dadurch, dass die die Dioden tragende, flexible, kreisförmig gebogene Platine mit ihrem unteren Ende im feststehenden zweiten Ring und mit ihrem oberen Ende im veränderbaren ersten Ring angeordnet ist, wird mit Veränderung des Durchmessers des ersten Rings der Winkel der Abstrahlung in Bezug auf die Achse der Ringleuchte verändert. Diese Vorrichtung dient der Optimierung einer schattenfreien Ausleuchtung verschiedener abzubildender, feststehender Objekte. Die beschriebene Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlung kann jedoch kein streng begrenztes Volumen ausleuchtent. Das Licht wird, nur begrenzt durch die in ihren Abmessungen nicht weiter definierten Kanten der beiden gegeneinander verschiebbaren Ringe, frei abgestrahlt und spannt damit ein nach oben und unten nur unscharf begrenztes, doppelt kegelförmiges Volumen mit erheblich darüber hinaus gehenden Streuungsbereichen auf.
• Ausgehend von der Ringleuchte der nächstliegenden Veröffentlichung besteht die Aufgabe für die hier vorliegende Erfindung darin, eine Ringleuchte der eingangs erläuterten gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die ein in allen drei Raumdimensionen streng begrenztes Volumen besonders hell ausleuchtet. Dabei soll die Ringleuchte einfach, robust im Aufbau und in der Handhabung gestaltet und kostengünstig herstellbar sein. Als erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlung von einem Linsensystem gebildet ist, das zumindest eine in eine orthogonal zur Achse des die Lichtquelle bildenden Hohlzylinders liegende Radialebene fokussierende Linse, die als weiterer Hohlzylinder ausgebildet ist, und eine ringförmige, im Strahlengang hinter der einen fokussierenden Linse zentriert angeordnete Aperturblende aufweist, und dass die Abstrahlfläche der Lichtquelle und das Linsensystem gleiche Länge aufweisen und zueinander achsen- und längenkongruent angeordnet sind, wobei eine vom Innenradius des Linsensystems bestimmte Radialfläche und die Länge des Linsensystems ein streng begrenztes Volumen aufspannen.
• Zur bevorzugten Verwendung solcher Ringleuchten in Vorrichtungen zur Partikeldetektion, z.B. Video-Plankton-Rekordern (VPR), ist die erzeugte Lichtscheibe für die optische Auswertung von durch sie hindurchtretende Partikel in dunkler oder gering beleuchteter Umgebung dann besonders geeignet, wenn die erzeugte Lichtscheibe scharf begrenzt und nicht wesentlich dicker als das größte abzubildende Objekt ist sowie Lichtstreuung außerhalb der Lichtscheibe weitestgehend vermieden wird. Die erfindungsgemäße Ringleuchte weist ein Leuchtmittel auf, das auf einer als Hohlzylinder ausgebildeten Lichtquelle gleichmäßig verteilt angeordnet ist. Die Abstrahlrichtung der Lichtquelle ist nach innen senkrecht zur Achse des Hohlzylinders und daher mit der orthogonal zur Achse des Hohlzylinders orientierten Radialebenen übereinstimmend ausgerichtet. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Haupt-Lichtstrom unmittelbar das Innere des Hohlzylinders beleuchtet und nur ein sehr geringer Streuanteil diesen von dem Querschnitt und der Länge des Hohlzylinders aufgespannten Raum verlässt. Es kann so ein streng begrenztes dreidimensionales Volumen betrachtet werden. Durch die Art des rundum angeordneten Leuchtmittels wird eine weitestgehend gleichmäßige und schattenfreie Beleuchtung von in dem Volumen befindlichen Objekten erzielt.
• Im Hinblick auf einen möglichen Einsatz der Ringleuchte nach der Erfindung in Video-Plankton-Rekordern kann die Länge des Hohlzylinders besonders gering gestaltet sein, so dass von einer dünnen, kreisförmigen Lichtscheibe gesprochen werden kann. Mit der Strömung hindurchtretende Plankter werden schlagartig sehr hell beleuchtet und können dabei mit einem in einer die Strömung nicht beeinträchtigenden Entfernung befindlichen Kamerasystem registriert werden. Anschließend werden sie übergangslos wieder abgedunkelt und so undefinierte Randbereiche vermieden. Bei einem genauen Fokus auf die dünne Lichtscheibe werden zwischen Kamera und Lichtscheibe, aber auch hinter der Lichtscheibe befindliche, unbeleuchtete Plankter die Aufnahme nur gering dämpfen. Je dünner die Lichtscheibe ist, desto weniger Licht wird durch die hindurchtretenden Plankter nach außen gestreut und an noch oder schon wieder unbeleuchteten Planktern in die Aufnahme störender Weise reflektiert. Die minimale Dicke der Lichtscheibe richtet sich einerseits nach den möglichen konstruktiven Gegebenheiten und den zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeiten sowie andererseits nach der Größe der abzubildenden Plankter, die zumindest kurzzeitig komplett im Licht sein sollen, wobei die notwendigen Belichtungs- und Prozesszeiten sowie der Schärfentiefebereich für die Kamera als weitere Parameter hinzu kommen. Zur Verbesserung der Abbildungsqualität kann das leuchtmittel auch mit weiter gesteigertem Lichtstrom blitzartig aufleuchten.
• Die Abstrahlung des Leuchtmittels der Lichtquelle muss für eine in der Länge des Hohlzylinders streng begrenzte Lichtscheibe zu einem waagerechten Strahlengang fokussiert werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn in einer Weiterbildung der Ringleuchte nach der Erfindung die eine fokussierende Linse als Fresnellinse ausgebildet ist. Fresnellinsen oder genauer Fresnelsche Stufenlinsen sind optische Linsen, die ursprünglich für Leuchttürme entwickelt wurden. Sie ermöglichen die Konstruktion großer Linsen mit kurzer Brennweite ohne das Gewicht und Volumen herkömmlicher Linsen. Die Verringerung des Volumens geschieht bei den Fresnellinsen durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche. In jedem dieser Bereiche wird die Dicke gegenüber der herkömmlichen Linse verringert, sodass die Fresnellinse eine Reihe ringförmiger Stufen erhält, die die gleiche Krümmung wie der jeweilige Abschnitt der ursprünglichen Linse aufweist. Da Licht nur an der Oberfläche einer Linse gebrochen wird, ist der Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur vom Winkel zwischen den beiden Oberflächen einer Linse abhängig. Deshalb behält die Fresnellinse ihre optischen Eigenschaften bei, obwohl die Bildqualität durch die Stufenstruktur etwas beeinträchtigt wird. Fresnellinsen werden dort eingesetzt, wo das Gewicht oder die Abmessungen ausschlaggebend und eine verminderte Abbildungsqualität toleriert werden kann. Beispiele sind Schiffslaternen oder Leuchttürme. Fresnellinsen können auch aus Kunststoff gepresst werden und finden dann unter anderem in Tageslichtprojektoren, an Autoheckscheiben und bei einfachen Handlupen Verwendung. Im Falle der Ringleuchte nach der hier vorliegenden Erfindung wird eine weitere, besonders vorteilhafte Weiterbildung dadurch erreicht, dass die Fresnellinse als eine biegsame Folie ausgebildet ist. Durch die geringe Dicke der als Folie gepressten Fresnellinse lässt sie sich biegen und dem Innenradius des die Lichtquelle bildenden Hohlzylinders anpassen. Wenn die Brennweite der Fresnellinse so ausgelegt ist, dass sie gleich dem Abstand zwischen den Leuchtdioden und der Fresnellinse ist, werden die Lichtstrahlen der Leuchtdioden aus der Fresnellinse genau in die Radialebene des Hohlzylinders abgelenkt und dadurch die Dicke der Lichtscheibe bei maximaler Ausnutzung des von den Leuchtdioden gelieferten Lichtstroms bestimmt. Der Abstand kann zur Erzielung anderer Streueffekte auch variiert werden.
• Eine nächste vorteilhafte Weiterbildung der Ringleuchte nach der Erfindung ergibt sich, wenn das Linsensystem eine weitere fokussierende Linse aufweist, die als dritter, glattwandiger, unstrukturierter Hohlzylinder ausgebildet ist, der die gleiche Länge wie die eine fokussierende Linse aufweist und mit dieser achsen- und längenkongruent angeordnet ist. Der Außenradius dieses dritten Hohlzylinders dient als Aufnahme für die Fresnellinse, deren Biegsamkeit einen steifen Körper als formende Anlagefläche benötigt. Die durch den glattwandigen und unstrukturierten dritten Hohlzylinder gebildete Linse streut die Lichtstrahlen des Leuchtmittels in geringem Maße horizontal und sorgt durch die Überlagerung der elementaren Strahlenkegel für eine gleichmäßigere Ausleuchtung im Inneren der Ringleuchte.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Ringleuchte nach der Erfindung ergibt sich weiterhin, wenn die Lichtquelle und das Linsensystem in ein druckfestes Gehäuse aus einer äußeren und einer inneren zylinderförmigen Wandung und einem oberen und einem unteren ringförmigen Deckel mit je einer Öffnung eingeschlossen sind, sodass der Innenraum der innersten, als dritter Hohlzylinder ausgebildeten weiteren Linse frei bleibt. Damit ist für den Einsatz unter Wasser die Voraussetzung geschaffen. Die empfindlichen elektrischen Teile sind vor dem Meerwasser wirksam geschützt und der Strömungskanal im Innenraum der Ringleuchte, in dem die Lichtscheibe erzeugt wird und sich die abzubildenden Objekte ungestört bewegen können, bleibt frei. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die äußere zylinderförmige Wandung durch die als Hohlzylinder ausgebildete Lichtquelle und die innere zylinderförmige Wandung durch die als dritter Hohlzylinder ausgebildete weitere fokussierende Linse gebildet ist. Der die Lichtquelle bildende Hohlzylinder wird in diesem Falle durch eine zylindrische, druckfeste Außenwand begrenzt, auf deren Innenseite die Leuchtdioden angeordnet sind. Der die Fresnellinse bildende weitere Hohlzylinder markiert mit seinem Außenradius den Innenradius der Lichtquelle.
• Der die weitere Linse bildende dritte Hohlzylinder, der auf seinem Außenradius die Fresnellinse aufnimmt, ist als druckfeste Innenwandung des Gehäuses ausgelegt und bezeichnet mit seinem Innenradius gleichzeitig den Innenradius des Gehäuses und damit der Ringleuchte. Je ein druckfester, als Ring mit Öffnung ausgelegter Deckel am oberen und unteren Ende der Hohlzylinder komplettiert das Gehäuse und definiert die Gesamtabmessungen der Ringleuchte. Die Außenradien der Deckel entsprechen dem Außenradius der Lichtquelle und die Innenradien der Deckel entsprechen dem Innenradius der weiteren Linse. Damit ist der Innenraum der Ringleuchte mit der Lichtscheibe zur Durchströmung offen und die Lichtquelle vor Einflüssen durch das strömende Medium geschützt. Als Schutz gegen das Eindringen von Wasser insbesondere in größeren Tiefen, müssen die Deckel gegen die äußere und die innere zylindrische Wandung abgedichtet sein. Zur weiteren Steuerung der Lichtstrahlung in Hinblick auf eine streuungsarme definierte Lichtscheibe ist eine Aperturblende sinnvoll. Die Deckeldichtung und die Aperturblende können besonders vorteilhaft vereint werden, wenn die Aperturblende als an die ringförmigen Deckel anschließende, in die Stirnseiten des die weitere fokussierende Linse bildenden dritten Hohlzylinders als innerer Wandung eingelassene und damit im Strahlengang der Lichtquelle und des Linsensystems angeordnete O-Ring-Dichtung ausgebildet ist. Als einfaches aber für jeden Außendruck anpassbares und als Aperturblende wirksam einsetzbares Dichtungssystem kommen hauptsächlich Runddichtringe, d.h. O-Ringe, in passenden Nuten in Betracht. Mit ihnen lässt sich das druckfeste Gehäuse leicht zu Wartungszwecken öffnen und wieder verschließen, sie sind preiswert und ihre Einsatzbedingungen sind allgemein bekannt.
• Eine besonders vorteilhafte, spezielle Ausführung der Ringleuchte nach der Erfindung ergibt sich, wenn der Außenradius des druckfesten Gehäuses in einem Bereich von 100 mm bis 150 mm und sein Innenradius in einem Bereich von 40 mm bis 60 mm liegt und die Länge der die Lichtquelle und das Linsensystem bildenden Hohlzylinder nicht mehr als 10 mm und die Gesamtlänge der Ringleuchte nicht mehr als 40 mm beträgt. Es handelt sich hier um Beispielabmessungen, deren Angabe die allgemeine Verwendung der erfindungsgemäßen Ringleuchte in beliebigen anderen Abmessungen in keiner Weise einschränkt.
• Für den Einsatz unter Wasser, und gegebenenfalls in großen Tiefen ist eine hohe Lichtausbeute bei hohem Wirkungsgrad gefordert, d.h. sowohl lange Batteriestandzeiten als auch geringe Wärmeentwicklung an der Lichtquelle. Es ist daher eine vorteilhafte Weiterbildung, wenn das Leuchtmittel Leuchtdioden sind. Leuchtdioden haben einen hohen Wirkungsgrad und eine besonders hohe Lebenserwartung. Sie erzeugen somit nur eine geringe Verlustwärme und haben eine Standzeit, die regelmäßig die Nutzungsdauer der übrigen Bauteile übersteigt. Leuchtdioden sind klein und eine Vielzahl davon können eng beieinander angeordnet die Lichtquelle bilden. Durch ihren geringen Durchmesser lässt sich ein Hohlzylinder sehr geringer Höhe bilden, wie er z.B. für einen VPR für kleinere Plankter und geringere Strömungsgeschwindigkeiten oder auch für eine hochempfindliche Kamera gefordert werden kann. Erst seitdem die Industrie Leuchtdioden großer Helligkeit anbietet, sind Anwendungen wie die hier beschriebene Ringleuchte überhaupt technisch und wirtschaftlich sinnvoll möglich geworden. Alle anderen Leuchtmittel liefern entweder einen zu geringen oder energetisch uneffektiven Lichtstrom (Entladungslicht, Glühlicht) oder eine ungenügende Ausleuchtung (Laserlicht). Das Spektrum des von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichts ist von der Aufgabe abhängig, die mit der Ringleuchte erfüllt werden soll. Im Standardfall kann es sich um weißes Licht handeln, dessen spektrale Verteilung für einfache Abbildung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Für verschiedene Untersuchungen kann es sich aber auch um Licht mit exakt bestimmtem Spektrum oder einzelnen Spektralfarben handeln.
• Bei der Verwendung von Leuchtdioden als Leuchtmittel in der Lichtquelle können diese mit ihrer Längsachse direkt in Abstrahlrichtung, also senkrecht zur Achse des die Lichtquelle bildenden Hohlzylinders angeordnet sein. Durch die Längenausdehnung der Leuchtdioden wird dann der Außendurchmesser der Ringleuchte und damit der in Wasserströmungen entstehende Staudruck entsprechend groß. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Ringleuchte nach der Erfindung ergibt sich aber, wenn die Lichtquelle ein in Richtung der Achse des die Lichtquelle bildenden Hohlzylinders abstrahlendes Leuchtmittel und einen umlaufenden, unter 45° angeordneten Ablenkspiegel aufweist. Die Leuchtdioden können dann mit ihrer Längsachse parallel zur Achse des Hohlzylinders angeordnet und damit der Außendurchmesser der Ringleuchte reduziert werden. Der umlaufende Spiegel lenkt das Licht um 90° in die senkrecht zur Achse des Hohlzylinders geforderte Lichtabstrahlrichtung um. Die Länge der Abstrahlfläche entspricht damit nicht mehr der Länge des die Lichtquelle bildenden Hohlzylinders, sondern nur noch der Länge der Projektionsfläche des Spiegels. Diese ist daher entsprechend der gewünschten Dicke der Lichtscheibe gewählt. Die Länge der Ringleuchte wird durch diese Anordnung etwas größer, jedoch bei verringertem und damit strömungsgünstigerem Außendurchmesser. Der gekrümmte Spiegel wirkt bei dieser Anordnung als leichter Hohlspiegel, sodass eine günstigere Ablenkung der aufgefächert von dem Leuchtmittel auftreffenden Lichtstrahlen in Richtung auf die zentrale Achse des Hohlzylinders erfolgt.
• Ausbildungsformen der Ringleuchte nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1 eine Draufsicht einer Ringleuchte ohne oberen Deckel,
• 2 einen Schnitt entlang der Markierung X-X in 1,
• 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Ringleuchte gemäß 1,
• 4 den Strahlengang der Ringleuchte gemäß 1 und
• 5 eine Ausführung der Ringleuchte mit 45°-Ablenkspiegel.
• 1 zeigt eine Ringleuchte RL für den möglichen Einsatz in einem Video-Plankton-Rekorder in der Draufsicht ohne den oberen Deckel DO. Ganz außen ist die Lichtquelle LQ angeordnet, die als Hohlzylinder H1 ausgebildet ist. Seine Außenkontur A1 markiert gleichzeitig die äußere Berandung AG des die Ringleuchte RL umschließenden druckfesten Gehäuses DG. Ihre Innenkontur I1 ist gleichzeitig die Außenkontur A2 des die eine fokussierende Linse LE bildenden weiteren Hohlzylinders H2. Die eine fokussierende Linse LE ist dabei als biegsame Fresnellinse FL ausgebildet. Die als Hohlzylinder H2 ausgebildete Fresnellinse FL ist mit ihrer Innenkontur I2 fest an die Außenkontur A3 des die weitere fokussierende Linse LW bildenden Hohlzylinders H3 angelegt. Die weitere fokussierende Linse LW ist ein einfacher, nicht weiter strukturierter Körper, der mit seiner Innenkontur I3 gleichzeitig die innere Berandung IG des die Ringleuchte RL umschließenden druckfesten Gehäuses DG bildet. Die Fresnellinse FL und die weitere Linse LW bilden zusammen das Linsensystem LY. Die hier nicht weiter dargestellten oberen und unteren Deckel DO, DU, die jeweils eine Öffnung OE von der Größe des Innenradius I3 des Gehäuses DG aufweisen, vervollständigen das druckfeste Gehäuse DG. Der Innenraum IB der Ringleuchte RL, der sich innerhalb der inneren Berandung IG des druckfesten Gehäuses DG befindet, bleibt an den Enden offen und stellt den von der Lichtquelle LQ beleuchteten Strömungskanal SK dar, der der Beobachtung und Abbildung hindurchtretender Objekte dient. Die Lichtquelle LQ weist Leuchtdioden LD als Leuchtmittel LM auf. Die Leuchtdioden LD sind dabei an einem Zwischenradius ZR der als Hohlzylinder H1 ausgebildeten Lichtquelle LQ gleichmäßig verteilt angeordnet, der gleichzeitig die innere Berandung der äußeren Wandung WA des die Ringleuchte RL umschließenden druckfesten Gehäuses DG bildet. Das von den Leuchtdioden LD abgestrahlte Licht LL durchquert den Luftraum L1 in dem Hohlzylinder H1, wird von der Fresnellinse FL aufgenommen und auf das Zentrum ZB der Ringleuchte RL fokussiert. Durch die weitere Linse LW, die die innere Wandung WI des Gehäuses DG bildet und eine bikonvexe Form aufweist, wird das Licht LL weiter verdichtet. An der Innenkontur I3 der weiteren Linse LW tritt das Licht LL schließlich in den Innenraum IB der Ringleuchte RL aus und verbreitet sich wegen vielfacher Reflexionen in der Radialebene RE an der gegenüberliegenden Wand der weiteren Linse LW gleichmäßig. Die Wandungen WA, WI des Gehäuses DG weisen Schraubenlöcher SL auf, durch die sie mit den Deckeln DO, DU verschraubt und zum Gehäuse DG komplettiert werden. Um die Leuchtdioden LD vor Feuchtigkeit und dem Eindringen von Druckwasser bzw. allgemein Flüssigkeiten oder Gasen unter veränderbaren Druckbedingungen zu schützen, sind zwischen den Wandungen WA, WI und den Deckeln DO, DU O-Ring-Dichtungen OD vorgesehen. Sie liegen in Nuten ON, die in die Wandungen WA, WI eingelassen sind. Die O-Ring-Dichtungen OD in der inneren Wandung WI dienen gleichzeitig als ringförmige, im Strahlengang hinter der einen fokussierenden Linse LE zentriert angeordnete Aperturblenden AB für das Licht LL zur Beleuchtung des begrenzten Volumen BV und vermindern so weiter die Lichtstreuung außerhalb der Lichtscheibe LS, für die die Zeichnungsebene gleichzeitig die Radialebene RE darstellt.
• 2 stellt einen Schnitt entlang der Linie X-X in 1 dar. Nicht dargestellte Bezugszeichen sind der 1 zu entnehmen. Es sind die oberen und unteren Deckel DO, DU mit ihren Öffnungen OE dargestellt, die mit Schrauben SG in den Schraubenlöchern SL das druckfeste Gehäuse DG zusammenspannen. Auch wird die Anordnung der O-Ring-Dichtungen OD deutlich, die in den Nuten ON der weiteren fokussierenden Linse LW des Linsensystems LY und der äußeren Wandung WA liegen und einerseits das Innere der Lichtquelle LQ vor eindringendem Wasser schützen und andererseits als Aperturblenden AB das Licht LL auf die Lichtscheibe LS und damit auf das begrenzte Volumen BV beschränken und die Streuung vermindern. Bei kurzen Hohlzylindern H1, H2, H3 wird die Gesamtlänge HG der Ringleuchte RL und damit die Länge HL der Lichtscheibe LS gering.
• Als Zahlenbeispiel wird ein Außenradius A1 von 100 bis 150 mm, ein Innenradius I3 von 40 bis 60 mm, eine Gesamtlänge HG von kleiner oder gleich 40 mm und eine Länge HL der Lichtscheibe LS von kleiner oder gleich 10 mm genannt. Andere Abmessungen sind ebenfalls möglich.
• 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus 1. Sie dient der weiteren Veranschaulichung des Aufbaus der Ringleuchte RL und zeigt die Höhe der Abstrahlfläche AF, die in dieser Bauform der Länge L1 des Hohlzylinders H1 entspricht. Im Wesentlichen werden die Nuten ON mit den als Aperturblenden AB wirkenden O-Ring-Dichtungen OD in den Wandungen WA, WI sowie die Anordnung der Schraubenlöcher SL außerhalb der O-Ring-Dichtungen OD in Bezug auf den Luftraum LR gezeigt.
• 4 zeigt den Strahlengang des Lichts LL von der Leuchtdiode LD auf der äußeren Wandung WA durch den Luftraum L1, durch das Linsensystem LY mit der einen fokussierende Linse LE, die als Fresnellinse FL ausgebildet ist, und der weiteren fokussierenden Linse LW, die als einfacher, nicht weiter strukturierter Körper ausgebildet ist, in den Innenraum IB der Ringleuchte RL. Auch hier wird der Einfluss der O-Ring-Dichtung OD in den Nuten ON als Aperturblende AB deutlich.
• 5 zeigt eine Ausführung der Ringleuchte mit einem 45°-Ablenkspiegel. In dieser Variante hat die Ringleuchte RL einen verringerten Außendurchmesser aber eine größere Länge als in 2. Dies wird erzielt durch die Ausrichtung der Leuchtdioden LD parallel zur zentralen Achse des die Lichtquelle LQ bildenden Hohlzylinders H1 und die Anordnung eines unter 45° eingerichteten, umlaufenden Ablenkspiegels AS. Die Länge L1 des die Lichtquelle LQ bildenden Hohlzylinders H1 wird durch diese Maßnahme vergrößert, der Außendurchmesser der Ringleuchte RL an der äußeren Berandung AG aber deutlich verringert und damit die Strömungseigenschaften verbessert. Der Ablenkspiegel AS wirkt durch die Krümmung seiner Kreisform als Hohlspiegel und hat eine fokussierende Wirkung für den gefächerten Lichtstrahl der Leuchtdiode LD.

A1

Außenradius H1

A2

Außenradius H2

A3

Außenradius H3

AB

Aperturblende

AF

Abstrahlfläche

AG

äußere Berandung

AS

Ablenkspiegel

BV

begrenztes Volumen

DG

druckfestes Gehäuse

DO

oberer Deckel

DU

unterer Deckel

FL

Fresnellinse

H1

LQ bildender Hohlzylinder

H2

weiterer Hohlzylinder

H3

dritter Hohlzylinder

HG

Gesamtlänge

HL

Länge LS

I1

Innenradius H1

I2

Innenradius H2

I3

Innenradius H3

IB

Innenraum

IG

innere Berandung

L1

Länge von H1

LD

Leuchtdiode

LE

fokussierende Linse

LL

Licht

LM

Leuchtmittel

LQ

Lichtquelle

LR

Luftraum

LS

Lichtscheibe

LW

weitere fokussierende Linse

LY

Linsensystem

OD

O-Ring-Dichtung

OE

Öffnung

ON

Nut

RE

Radialebene

RL

Ringleuchte

SG

Schraube

SK

Strömungskanal

SL

Schraubenlöcher

WA

äußere Wandung DG

WI

innere Wandung DG

ZB

Zentrum

ZR

Zwischenradius

Claims (12)

1. Ringleuchte mit einer als Hohlzylinder ausgebildeten Lichtquelle mit einem Leuchtmittel und mit einer Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlung, wobei die Lichtquelle eine Abstrahlfläche mit einer auf die Achse des Hohlzylinders weisenden Lichtabstrahlrichtung aufweist, dadaurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlung von einem Linsensystem (LY) gebildet ist, das zumindest eine in eine orthogonal zur Achse des die Lichtquelle (LQ) bildenden Hohlzylinders (H1) liegende Radialebene (RE) fokussierende Linse (LE), die als weiterer Hohlzylinder (H2) ausgebildet ist, und eine ringförmige, im Strahlengang hinter der einen fokussierenden Linse (LE) zentriert angeordnete Aperturblende (AB) aufweist, und dass die Abstrahlfläche (AF) der Lichtquelle (LQ) und das Linsensystem (LY) gleiche Länge aufweisen und zueinander achsen- und längenkongruent angeordnet sind, wobei eine vom Innenradius (I3) des Linsensystems (LY) bestimmte Radialfläche und die Länge des Linsensystems (LY) ein streng begrenztes Volumen (BV) aufspannen.
2. Ringleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine fokussierende Linse (LE) als Fresnellinse (FL) ausgebildet ist.
3. Ringleuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnellinse (FL) als biegsame Folie ausgebildet ist.
4. Ringleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem (LY) eine weitere fokussierende Linse (LW) aufweist, die als dritter, glattwandiger, unstrukturierter Hohlzylinder (H3) ausgebildet ist, der die gleiche Länge wie die eine fokussierende Linse (LE) aufweist und mit dieser achsen- und längenkongruent angeordnet ist.
5. Ringleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (LQ) und das Linsensystem (LY) in ein druckfestes Gehäuse (DG) aus einer äußeren und einer inneren zylinderförmigen Wandung (WA, WI) und einem oberen und einem unteren ringförmigen Deckel (DO, DU) mit je einer Öffnung (OE) eingeschlossen sind.
6. Ringleuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere zylinderförmige Wandung (WA) durch die als Hohlzylinder (H1) ausgebildete Lichtquelle (LQ) und die innere zylinderförmige Wandung (WI) durch die als dritter Hohlzylinder (H3) ausgebildete weitere fokussierende Linse (LW) gebildet ist.
7. Ringleuchte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aperturblende (AB) als an die ringförmigen Deckel (DO, DU) anschließende, in die Stirnseiten des die weitere fokussierende Linse (LW) bildenden dritten Hohlzylinders (H3) als innerer Wandung (WI) eingelassene und damit im Strahlengang der Lichtquelle (LQ) und des Linsensystems (LY) angeordnete O-Ring-Dichtung (OD) ausgebildet ist.
8. Ringleuchte nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenradius (A1) des druckfesten Gehäuses (DG) in einem Bereich von 100 mm bis 150 mm und sein Innenradius (I3) in einem Bereich von 40 mm bis 60 mm liegt und die Länge der die Lichtquelle (LQ) und das Linsensystem (LY) bildenden Hohlzylinder (H1, H2, H3) nicht mehr als 10 mm und die Gesamtlänge der Ringleuchte (RL) nicht mehr als 40 mm beträgt.
9. Ringleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (LM) Leuchtdioden (LD) sind.
10. Ringleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (LQ) ein in Richtung der Achse des die Lichtquelle (LQ) bildenden Hohlzylinders (H1) abstrahlendes Leuchtmittel (LM) und einen umlaufenden, unter 45° angeordneten Ablenkspiegel (AS) aufweist.
11. Verwendung der Ringleuchte mit einer als Hohlzylinder ausgebildeten Lichtquelle mit einem Leuchtmittel und mit einer Einrichtung zur Lenkung der Lichtabstrahlung, wobei die Lichtquelle eine Abstrahlfläche mit einer auf die Achse des Hohlzylinders weisenden Lichtabstrahlrichtung aufweist nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Anordnung als Beleuchtungsvorrichtung in einem Partikel-Detektionssystem.
12. Verwendung der Ringleuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass das Partikel-Detektionssystem ein Video-Plankton-Rekorder ist.