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Die Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere ein LED-Modul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine LED und eine Platine, auf der die LED angeordnet ist.
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Die Verwendung von Blenden in Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere bei Fahrzeugscheinwerfern, ist weithin bekannt, um beispielsweise die für das Abblendlicht bzw. das Fernlicht kennzeichnenden Ausleuchtcharakteristiken zu erzielen. Verstellbare Blenden in Kraftfahrzeugscheinwerfern dienen üblicherweise dazu, die Ausleuchtcharakteristik, mithin die Ausleuchtbereiche, den aktuellen Erfordernissen anzupassen.
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Im Zuge der Weiterentwicklung der Technik wurde vorgeschlagen, auch LED's in Fahrzeugscheinwerfern einzusetzen. Hierzu ist es bekannt, eine Vielzahl von LED's, die üblicherweise als LED-Beleuchtungsvorrichtungen angeordnet sind, in einer bestimmten Anordnung, beispielsweise einer Matrixform, innerhalb des Fahrzeugscheinwerfers vorzusehen. Solche LED-Module, die meist eine Platine umfassen, auf der eine oder mehrere LED's angeschlossen sind, werden dann meist über einen zugeordneten Kühlkörper, der unmittelbar an die Platine anschließt, gekühlt. Dabei kann es sich sowohl um einen der speziellen LED-Beleuchtungsvorrichtung zugeordneten Kühlkörper handeln, jedoch auch um einen mehreren LED-Beleuchtungsvorrichtungen zugeordneten Kühlkörper. Der Kühlkörper trägt in dieser Ausgestaltung die Platine, die wiederum die LED trägt. Sowohl der Kühlkörper als auch die Platine können folglich als Träger der LED aufgefasst werden.
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Bekannt ist es auch, insbesondere unmittelbar anschließend an die LED, also der LED nachgeschaltet, eine das Licht der LED vorbündelnde Mikrooptik vorzusehen, die üblicherweise wenigstens einen Reflektor und wenigstens eine Linse umfasst.
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Die Verwendung mehrerer LED-Module bzw. LED-Beleuchtungsvorrichtungen in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer hat zudem den Vorteil, dass jeder dieser LED-Beleuchtungsvorrichtungen ein Ausleuchtbereich zugeordnet werden kann, so dass diverse Ausleuchtbereiche zu- bzw. abgeschaltet werden können, um bestimmte Ausleuchtcharakteristiken zu erzeugen, beispielsweise entgegenkommende Kraftfahrzeuge zur Vermeidung einer Blendung des Fahrers auszudunkeln oder dergleichen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass insbesondere in weiteren Entfernungen die unter flachem Winkel auf die Straße leuchtenden LED-Beleuchtungsvorrichtungen einen großen Ausleuchtbereich umfassen, der dann nicht mehr in kleinere Abschnitte unterteilbar ist. Daher wurde vorgeschlagen, einer LED-Beleuchtungsvorrichtung unmittelbar zugeordnete Blenden zu verwenden, die die Ausleuchtcharakteristik der einzelnen LED-Module verändern kann. Nach einem bekannten Konzept ist es beispielsweise üblich, an einem hinteren Gehäuse des Scheinwerfers Blenden mit einem langgezogenen Trageabschnitt vorzusehen, die letztlich frei schwebend und etwas beabstandet von den LED-Beleuchtungsvorrichtungen angeordnet sind. Über am der Blende abgewendeten Ende des Trageabschnitts angeordnete Verstelleinrichtungen ist eine Verstellung der entfernt im Strahlenweg angeordneten Blende möglich. So kann auch für die einzelnen LED-Beleuchtungsvorrichtungen eine Einstellung der Ausleuchtbereiche erfolgen.
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Dabei tritt allerdings das Problem auf, dass die Blenden, die insbesondere an dem langgezogenen Trageabschnitt gelagert sind, letztlich einseitig lose sind und somit zum einen verstärkt schwingungsempfindlich sind. Zum anderen ist die Ansteuerung aufgrund des langen mechanischen Weges und der häufigen Umsetzung kleiner Bewegungen an der Verstelleinrichtung in große Bewegungen an der Blende äußerst ungenau, so dass es zu Fehleinstellungen oder Schwankungen der Ausleuchtcharakteristik beim Auftreten von Schwingungen kommen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere ein LED-Modul, anzugeben, bei welchem eine genaue und weniger schwingungsempfindliche Steuerung der Ausleuchtcharakteristik dieser LED-Beleuchtungsvorrichtung möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer LED-Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine benachbart der LED und/oder einer der LED zugeordneten Mikrooptik angeordnete, über wenigstens ein Antriebsmittel verstellbare Blende vorgesehen ist, welche auf einem die LED und/oder die Mikrooptik tragenden Träger durch wenigstens ein Führungsmittel geführt ist.
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Erstmals wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung also vorgeschlagen, eine Blende unmittelbar in die Konstruktion der LED-Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere des LED-Moduls, zu integrieren. Dabei sind eine oder mehrere, beispielsweise zwei oder vier, LED's auf einer Platine angeordnet, und zudem kann eine der oder den LED's unmittelbar nachgeschaltete Mikrooptik vorgesehen sein. Je nachdem, ob die Mikrooptik vorhanden ist, ist die Blende unmittelbar benachbart der LED, insbesondere anliegend und/oder teilweise geführt durch diese, oder unmittelbar benachbart der Mikrooptik, auch hier insbesondere anliegend und/oder teilweise geführt durch diese, vorgesehen. Das Licht wird also letztlich unmittelbar am Ursprungsort genauestens beeinflusst. Dabei ist die Blende durch Antriebsmittel insbesondere hochgenau verstellbar und wird auf einem die LED und/oder die Mikrooptik, häufig wohl die LED und die Mikrooptik, so vorhanden, tragenden Träger durch Führungsmittel geführt. Das oder die Führungsmittel sind dabei so ausgebildet, dass die gewünschte Verstellbarkeit der Blende, worauf später noch eingegangen wird, gegeben ist.
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Der Träger, welcher letztlich einen Teil der LED-Beleuchtungsvorrichtung darstellt, kann insbesondere die Platine und/oder ein der Platine zugeordneter Kühlkörper sein, wobei die Verwendung der Platine als Träger bevorzugt wird. Dann können das wenigstens eine Führungsmittel und/oder das wenigstens eine Antriebsmittel auch auf dem Träger befestigt sein. Insbesondere bei einer Befestigung des Antriebsmittels auf der Platine als Träger können vorteilhafterweise die Steuerleitungen zur Ansteuerung des Antriebsmittels ebenso auf der Platine vorgesehen werden, so dass diese nicht nur der LED zugeordnete Steuerleitungen und/oder Elektronik umfasst, sondern auch für entsprechend notwendige Steuerleitungen für das Antriebsmittel genutzt werden kann. Unter Steuerleitungen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung selbstverständlich auch Stromzuleitungen oder dergleichen zu verstehen.
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Auf diese Weise wird die verstellbare Blende von vorne herein in den Aufbau der LED-Beleuchtungsvorrichtung integriert, so dass eine Vielzahl von Vorteilen gegeben ist. Aufgrund der Integration an sich ist bereits eine höhere Prozesssicherheit gegeben. Zudem kann die Blende, die ja letztlich unmittelbar am Lichtaustritt vorgesehen wird, hochgenau eingestellt werden, insbesondere, wenn das oder die Antriebsmittel für kleine Verstellungen ausgebildet sind. Durch die geschickte, insbesondere mehrseitige Führung der Blende direkt an der LED bzw. Mikrooptik ist zudem eine erhöhte Schwingungsunempfindlichkeit gegeben, da kein loses Ende der Blende existiert. Somit kommt es in Fahrzeugscheinwerfern, in denen die LED-Beleuchtungsvorrichtung hauptsächlich einzusetzen ist, nicht zu ungewollten Schwankungen oder Ungenauigkeiten im Ausleuchtungsbereich.
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Zweckmäßigerweise sind zwei oder vier Führungsmittel vorgesehen, die auf unterschiedlichen Seiten der LED und/oder Mikrooptik angeordnet sind. Dies trägt, wie bereits erwähnt, weiter zur Schwingungsunempfindlichkeit der Blende bei, welche dann sicher geführt ist. Selbstverständlich ist auch jede andere Zahl von Führungsmitteln denkbar.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Führungsmittel das zur Verstellung der Blende dienende Antriebsmittel umfasst, insbesondere ist. In einer derartigen Ausgestaltung greifen das oder die Antriebsmittel folglich letztlich ständig an der Blende an und tragen somit zu deren Führung bei. Insbesondere und mit besonderem Vorteil kann das Antriebsmittel dann so ausgestaltet sein, dass es, auch während es nicht bestromt ist, die Blende stabil in ihrer Stellung hält, so dass vorteilhafterweise eine energiesparende Ausgestaltung gegeben ist, denn die Blende verharrt aufgrund der arretierenden Wirkung des Antriebsmittels in einer Stellung. Es ist folglich keine Energie notwendig, um die Blende in dieser Position zu halten. Selbstverständlich kann eine solche Stabilität der aktuellen Einstellung der Blende auch dann gegeben sein, wenn beispielsweise andere Führungsmittel die Blende durch eine bestimmte Reibungskraft halten, welche durch das oder die Antriebsmittel überwunden wird. Besonders bevorzugt sind die Führungsmittel sogar vollständig die Antriebsmittel. Dann sind keine weiteren Führungsmittel mehr erforderlich, sondern die Funktionalität der Führung und der Verstellung ist in den Antriebsmitteln, die auch als Führungsmittel wirken, vereint. Dazu können die Antriebsmittel beispielsweise eine Aufnahme für die Blende umfassen, welche bei Betrieb der Antriebsmittel innerhalb dieser Aufnahme verschoben wird oder dergleichen.
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Zweckmäßigerweise ist das zur Verstellung der Blende dienende Antriebsmittel ein Piezomotor, insbesondere ein Piezo-Schrittmotor. Piezomotoren, die im Stand der Technik weithin bekannt sind, sind besonders geeignet für Anwendungen, in denen eine gezielte Verstellung um kleine Strecken auf kleinem Raum erforderlich ist. Bei einer Ausbildung als Piezo-Schrittmotor kann insbesondere durch das Speichern der Anzahl der vorgenommenen Schritte bzw. das Abweichen der Schritte von einer Grundposition ständig nachverfolgt werden, welche Einstellung die Blende hat, so dass das sicherheitsrelevante Ansteuern der Blende gewährleistet ist. Hierzu, aber auch allgemein, kann eine insbesondere externe Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der aktuellen Position des Antriebsmittels, insbesondere des Schritt-Piezomotors, ausgebildet sein. Eine derartige Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise sämtliche in einem Fahrzeugscheinwerfer verbaute LED-Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere LED-Module, im Hinblick auf ihre Aktivität und ihre Blendeneinstellungen überwachen und somit letztlich beliebige Ausleuchtcharakteristiken je nach der Situation erzeugen. Eine solche externe Steuerungsvorrichtung kann folglich beispielsweise ein Scheinwerfer-Steuergerät eines Kraftfahrzeugs sein.
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In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Antriebsmittel zur Verstellung der Blende entlang wenigstens einer zur Ausstrahlrichtung senkrechten Achse, insbesondere entlang von zwei Achsen, und/oder in einer zur Ausstrahlrichtung senkrechten Ebene ausgebildet sein. So kann beispielsweise eine Lochblende verwendet werden, die im Einbauzustand der LED-Beleuchtungsvorrichtung in einem Fahrzeugscheinwerfer von oben nach unten verstellbar ist, mithin den Ausleuchtbereich in Längsrichtung vor dem Kraftfahrzeug anpassen kann. Genauso gut ist es jedoch auch denkbar, dass die Blende in Querrichtung des Kraftfahrzeugs verstellbar ist. Dann kann beispielsweise eine LED-Beleuchtungsvorrichtung geschaffen werden, die einen Teil des Kurvenlichts stellt. Beispielsweise kann die Blende die LED bei normalem Fahrtbetrieb halb zu einer Seite hin schließen, so dass, wenn bei einer Kurvenfahrt die Blende in diese Richtung geöffnet wird, ein weiterer Ausleuchtabschnitt zur Seite hin geschaffen wird. Aber auch eine allgemeine Verstellung in der zur Ausstrahlrichtung senkrechten Ebene ist im Rahmen der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung möglich, beispielsweise, wenn diese unter Vorspannung auf entlang unterschiedlichen Achsen wirkenden Antriebsmitteln gehalten wird. Es sei noch darauf hingewiesen, dass in einer anderen Ausgestaltung das Antriebsmittel auch zur Verstellung der Blende in der Ausstrahlrichtung ausgebildet sein kann. So kann beispielsweise die Abbildungsschärfe gezielt beeinflusst werden.
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Wie bereits erwähnt, kann die Blende als Lochblende ausgebildet sein, um eine möglichst vielseitige Einsetzbarkeit zu ermöglichen. Insbesondere kann hierbei die die auf der Platine aufragend angeordnete LED und/oder Mikrooptik überragende Blende wenigstens einen zu dem Träger ragenden Befestigungsarm umfassen, der in den Führungsmitteln geführt ist. Mit besonderem Vorteil sind wenigstens zwei solcher Befestigungsarme vorgesehen, die eine Führung der Blende insbesondere unmittelbar auf der Platine oder dem Kühlkörper erlauben. Verschiedenste Ausgestaltungen sind hier denkbar.
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Neben der LED-Beleuchtungsvorrichtung umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine LED-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ein oder mehrere Fahrzeugscheinwerfer umfasst, die wiederum wenigstens eine Beleuchtungsvorrichtung umfassen, insbesondere mehrere, insbesondere matrixartig angeordnete, erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen. Sämtliche Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung sind analog auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
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Neben den bereits bezüglich der LED-Beleuchtungsvorrichtung gewonnenen Vorteilen bietet ein solches Kraftfahrzeug die Möglichkeit eines genauer und besser einstellbaren Ausleuchtbereichs. Insbesondere, wenn ein Scheinwerfer mehrere LED-Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere LED-Module, umfasst, kann die Ausleuchtcharakteristik nicht nur durch Zu- oder Abschalten einzelner Module verändert werden, sondern auch innerhalb der Module durch Verstellung der vorteilhaft integrierten Blende. So ist eine viel feinere, genauere und schwingungsunempfindlichere Anpassung der Ausleuchtcharakteristik bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug möglich. Dazu umfasst das Kraftfahrzeug vorteilhafterweise zusätzlich eine Steuerungsvorrichtung, insbesondere ein Scheinwerfer-Steuergerät, welches den Betrieb der LED-Beleuchtungsvorrichtungen genauso steuern kann wie die Stellung der Blenden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
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2 eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung,
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3 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, und
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4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Es umfasst zwei Fahrzeugscheinwerfer 2, in denen eine Mehrzahl matrixartig angeordneter LED-Beleuchtungsvorrichtungen 3 vorgesehen sind, die mit Bezug auf die 2–4 noch näher erläutert werden. Diese LED-Beleuchtungsvorrichtungen 3, häufig auch LED-Module genannt, umfassen neben wenigstens einer LED, häufig als LED-Chip vorgesehen, hier auch eine verstellbare Blende, die in die LED-Beleuchtungsvorrichtung 3 integriert ist. Sowohl die LED's als auch die integrierte verstellbare Blende 4 können für alle LED-Beleuchtungsvorrichtungen 3 durch ein Scheinwerfer-Steuergerät 4 angesteuert werden, welches folglich hochgenau die Ausleuchtcharakteristik der Scheinwerfer 2 vor dem Kraftfahrzeug 1 bestimmen kann. Dabei ist aufgrund der verstellbaren Blende insbesondere sogar der Ausleuchtbereich der einzelnen LED-Beleuchtungsvorrichtungen 3 anpassbar. Da die Blenden jeweils in die LED-Beleuchtungsvorrichtungen 3 integriert sind, sind Störungen durch Schwingungen und andere Ungenauigkeiten stark reduziert.
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Ausführungsbeispiele der LED-Beleuchtungseinrichtung 3 werden nun mit Bezug auf die 2–4 näher erläutert.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsvorrichtung 3. Sie umfasst eine Platine 5, die vorliegend von einem der Beleuchtungsvorrichtung 3 zugeordneten Kühlkörper 6 getragen wird. Auf der Platine ist eine LED 7 angeordnet, wobei auch mehrere LED's, insbesondere als LED-Chip, vorgesehen sein können. Die Beleuchtungsvorrichtung 3 umfasst ferner eine Blende 8, die als Lochblende ausgeführt ist. Die Blende 8 ist unmittelbar anliegend an die LED 7 angeordnet, wie beispielsweise aus der 3 ersichtlich ist, welche einen Querschnitt zeigt, bei dem die Blende 8 etwas verschoben ist, um einen Teil der LED 7 abzudecken.
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Die Blende 8 ist verstellbar, was vorliegend über vier als Piezo-Schrittmotoren 9 ausgebildete Antriebsmittel realisiert ist, die auf der Platine 5 befestigt sind. Jeder der Piezo-Schrittmotoren 9 dient gleichzeitig als Führung der Blende 8, die in eine Aufnahme einragt. So wird die Blende 8, wenn sie nicht gerade verstellt wird, stabil und insbesondere schwingungsresistent von den Piezo-Schrittmotoren 9 getragen. Die Piezo-Schrittmotoren 9 erlauben zudem eine einfache Verstellung der Blende 8 in Richtung des Pfeils 10, die – abhängig von der Schrittweite – hochgenau erfolgen kann.
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Die Piezo-Schrittmotoren 9 werden von dem Scheinwerfer-Steuergerät 4 immer simultan angesteuert, wobei das Scheinwerfer-Steuergerät 4 die jeweilige Stellung abspeichert, so dass immer bekannt ist, wie die Blende 8 gerade eingestellt ist. Auf diese Weise können gezielt bestimmte Stellungen der Blende 8 angefahren werden, um die Ausleuchtcharakteristik der Scheinwerfer 2 auch auf dieser Genauigkeitsebene anpassen zu können.
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Zur Ansteuerung der Piezo-Schrittmotoren 9 dienen auf der Platine 5 vorgesehene Steuerleitungen 11 (vgl. 2).
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Piezo-Schrittmotoren 9 in einer anderen Ausgestaltung nicht vollständig oder gar nicht als Führungsmittel wirken können. Es können beispielsweise zusätzliche, auf der Platine 5 befestigte Führungsmittel vorgesehen werden, wobei die Antriebsmittel nur oder hauptsächlich zur Verstellung dienen.
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Grundsätzlich ist dabei eine vollständige Integration der Blonde und der zur Verstellung nötigen Mittel in der LED-Beleuchtungsvorrichtung 3 realisiert, indem die Blende 8 durch Führungsmittel auf der Platine 5 als Träger geführt wird. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, dass es selbstverständlich genauso möglich ist, die Führungsmittel und/oder die Antriebsmittel auf dem Kühlkörper 6 zu befestigen, um die ortsnahe Integration zu erreichen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer LED-Beleuchtungsvorrichtung 3' zeigt 4 im Querschnitt. Wiederum ist eine LED 7 auf einer Platine 5 angeordnet. Der LED 7 nachgeschaltet ist hier jedoch eine Mikrooptik 12, bestehend aus einem Reflektor 13 und einer Linse 14. Die wiederum als Lochblende ausgeführte Blende 8 umfasst im vorliegenden Beispiel zwei zur Platine hin herunterragende Befestigungsarme 15, deren abknickendes platinenseitiges Ende 16 senkrecht zur Bewegungsrichtung 17 der Blende zwischen jeweils einem Piezo-Schrittmotor 9 und einer als Führungsmittel wirkenden Klemme 17 geführt ist, die ersichtlich über Kreuz angeordnet sind, so dass nur ein Piezo-Schrittmotor 9 und eine Klemme 17 zu sehen sind. Die Klemme 17 presst das Ende 16 der Blende 8 gegen die Platine 5, auf der die Blende 8 zur Führung gleiten kann. Die Führung wird durch die Piezo-Schrittmotoren 9 vervollständigt, die jeweils gemeinsam angesteuert werden und die Blende 8 schrittweise verstellen können, wie dies bereits bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels erläutert wurde.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass erfindungsgemäße LED-Beleuchtungsvorrichtungen auch mit nur einem Antriebsmittel, beispielsweise einem Piezo-Schrittmotor, realisiert werden können. Zudem sind auch Ausgestaltungen denkbar, in denen die Blende 9 sogar in einer zur Ausstrahlrichtung senkrechten Ebene verstellbar ist, was weitere Verstellmöglichkeiten erlaubt. Ersichtlich sind verschiedenste vorteilhafte Ausgestaltungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, bei denen eine Blende 8 derart integriert wird, dass sie unmittelbar an der Lichtquelle angreift und an einem die Lichtquelle, also die LED 7 selber oder die Mikroelektronik 12, tragenden Träger geführt ist.
