DE102014013781A1

DE102014013781A1 - Leuchten und Leuchtensysteme zur Erweiterung und Verbesserung der visuellen Auswertbarkeit und Beurteilung von Oberflächen und angeregten Fluoreszenzen

Info

Publication number: DE102014013781A1
Application number: DE102014013781.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um Leuchten und Leuchtensystem, die über Strahlenquellen verfügen, die unterschiedliche elektromagnetische Strahlungen im sichtbaren-ultravioletten- und/oder infraroten Bereich emittieren und kombinieren können. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass Sie neben Strahlenquellen, Gehäusen, Bedienelementen, optischen Systemen, Kühlelementen und primären Leistungssteuerungen für die jeweiligen Strahlenquellen auch mindestens mit einer Steuer- und Regeleinheit ausgestattet sind, die mindestens eine Strahlenquelle, die sichtbares Licht emittiert, über den gesamten Regelungsbereich oder Teilen hiervon für die visuelle Wahrnehmung des Menschen, auch bei niedriger Umgebungshelligkeit, stufenlos hoch- und runterregeln kann.

Description

Die Erfindung betrifft Leuchten und Leuchten-Systeme die eine oder mehrere Anregungsstrahlungen und Weißlicht in Kombination emittieren können, welche unter anderem für optische und visuelle Inspektionen von Oberflächen und angeregten Fluoreszenzen, zur Detektion von Verunreinigungen oder bei der fluoreszierenden Magnetpulverprüfung sowie Eindringprüfung eingesetzt werden.
Die Anregungsstrahlung wird bereits für verschiedene Anwendungen, wie zum Beispiel zur Anregung von Fluoreszenz, Desinfektion, Aushärtung, Trocknung und/oder Bleichen genutzt.
Das Weißlicht dient der Erzeugung von Helligkeit oder dem Energieeintrag in Materie.
Die visuelle Auswertung von angeregten Fluoreszenzen wird in der Praxis meist im Dunkeln, bei weniger als 20 Lux Beleuchtungsstärke in der Umgebung durchgeführt, um die höhere Kontrastempfindlichkeit in der visuellen Wahrnehmung des Menschen beim mesoptischen Sehen (Dämmerungssehen) und skotopischen Sehen (Nachtsehen) zu nutzen sowie technisch ein höheres Kontrastverhältnis zwischen der inspizierten Oberfläche und den angeregten Fluoreszenzen zu erzeugen.
Die Anregungsstrahlung kann nicht sichtbare ultraviolette Strahlung, infrarote Strahlung und/oder blauviolettes Licht oder eine Kombination dieser sein, sie besteht aus einer elektromagnetischen Strahlung oder einer Kombination elektromagnetischer Strahlungen im Bereich zwischen 200 nm (Nanometer) und 490 nm und/oder 780 nm bis 50 μm (Mikrometer) beziehungsweise einer Frequenz von 1.500 THz (Terahertz) bis 612 THz und/oder 385 THz bis 300 GHz (Gigahertz).
Das Weißlicht ist das für den Menschen sichtbare Licht, also eine elektromagnetische Strahlung oder eine Kombination elektromagnetischer Strahlungen zwischen 380 und 780 nm beziehungsweise einer Frequenz von 789 THz bis 384 THz.
Zur Erzeugung der Anregungsstrahlung und des Weißlichts können Entladungslampen, teilweise mit Filter oder LEDs (lichtemittierende Halbleiter-Dioden, die die jeweils benötigten Strahlungen emittieren können) verwendet werden.
Zum effizienten Betrieb von LEDs werden Konstantstromsteuerungen auf Basis von elektrischen und elektronischen Schalt- und Regelkreisen verwendet. Diese Steuerungen messen den Betriebsstrom der jeweilige LED oder des LED-Schaltkreises und halten diesen in engen Grenzen konstant. Gängige LED-Steuerungen können diesen Konstantstrom aus einer Wechsel- und/oder Gleichspannung erzeugen. Die Steuerungen verfügen teilweise über temperaturabhängige Regelungen, die die Leistung der LEDs und der Steuerung reduzieren oder sie komplett abschalten, um die LEDs und/oder die Steuerung vor Überhitzung zu schützen. Es gibt auch Steuerungen, die die Anschaltung von Lüftern ermöglichen. Diese Funktionen sind in dem Regelkreis der Steuerung integriert.
Die Leistungssteuerungen für die Strahlenquellen erlauben die Einstellung beziehungsweise Regelung (Dimmung) der emittierten Strahlungsleistung. Bei der Anregungsstrahlung spricht man von Intensität, bei sichtbarem Licht von Beleuchtungsstärke. Bei LEDs erfolgt die Leistungsregelung durch die Veränderung des Betriebsstromes oder wird das Pulsen der LEDs in einer bestimmten Frequenz und Pulsbreite realisiert. Der Dimm- beziehungsweise Regelbereich liegt zwischen 1 und 100%.
Die gewünschte Leistung kann durch den Anwender, den Verarbeiter oder den Hersteller eingestellt werden. Die Kombination der Anregungsstrahlung und des Weißlichts kann durch vielfältige Kombination von unterschiedlichen Strahlen- und Lichtquellen erfolgen, wie sie beispielweise in DE 10 2004 043 295 B4 und EP 1 623 213 B1 beschrieben sind. Diese Leuchten schalten das Weißlicht zusätzlich zur Anregungsstrahlung oder unabhängig voneinander an und aus. Es sind auch Leuchten erhältlich, die nur einen Wechsel zwischen der Anregungsstrahlung und dem Weißlicht ermöglichen, wie in US 8,616,722 B2 beschrieben.
Der Anwender nimmt bei diesen Schaltvorgängen unterschiedliche Bilder wahr, die aufgrund der Physiologie des menschlichen Sehens sowie der visuellen Wahrnehmung des Menschen, nur sehr eingeschränkt in Bezug zu einander gesetzt werden können. Faktisch ist der Mensch nicht in der Lage, einzelne Bilder beziehungsweise Sehmomente zu speichern und im Nachhinein zu vergleichen.
Plötzliche, starke Helligkeitsänderungen, wie sie durch das Zu- und Abschalten des Weißlichtes zur Anregungsstrahlung beziehungsweise das Umschalten zwischen Weißlicht und Anregungsstrahlung, insbesondere bei geringer Umgebungshelligkeit, entstehen können, werden als sehr unangenehm wahrgenommen und können die Augen, insbesondere bei häufiger und relativ stark wahrgenommener Helligkeitsänderung, schädigen.
Je nach Helligkeitsniveau und Größe der Änderung werden objektiv physikalisch kleine Helligkeitsänderungen, aufgrund der logarithmischen Proportionalität der objektiven Bestrahlungsstärke zu dem subjektiven Helligkeitsempfinden, als sehr drastisch wahrgenommen werden. Dieses, durch die Stevenssche Potenzfunktion sowie das Weber-Fechtner-Gesetz beschrieben Phänomen ist beispielweise der Grund warum bei Kino- und Theater-Vorführungen das Licht im unteren Helligkeitsbereich sehr langsam und im oberen Helligkeitsbereich schneller gedimmt wird. Vor der Vorstellung sollen die Gäste nicht in die vorübergehende völlige Finsternis versetzt werden und nach der Vorstellung sollen die Augen der Gäste nicht überstrapaziert oder gar verblitzt werden.
Für Arbeiten im Dunkeln, beispielweise bei einer Beleuchtungsstärke, die kleiner als 5 Lux ist, kann der kleinste mögliche Einschaltwert bei einer Einstellbarkeit des Weißlichtes im Bereich zwischen 1 und 100%, 5 und 100% oder 10 und 100% schon sehr drastisch wahrgenommen werden. Bei einer Beleuchtungsstärke von 1.500 Lux bei 100% entsprechen 1% 15 Lux, 5% 75 Lux und 10% 150 Lux. Bei einer objektiven, physikalischen Betrachtung entspricht dies einer Verdreifachung, Verfünfzehnfachung oder gar Verdreißigfachung der vorhandenen Beleuchtungsstärke. Das Einschalten des Weißlichts auf diese niedrigstmöglichen Werte wird bei einer niedrigen Umgebungshelligkeit besonders drastisch, wie durch die oben genannten Gesetzmäßigkeiten beschrieben, subjektiv wahrgenommen. Der Blitzeffekt kann bereits bei niedrigen objektiven Helligkeitsänderungen wahrgenommen werden und verstärkt sich exponentiell je größer der Unterschied in der Beleuchtungsstärke im Verhältnis zu dem jeweiligen Helligkeitsniveau ist.
Die Leuchten und Leuchtensysteme können als Handleuchten beziehungsweise Handleuchtensysteme oder fest installierte Leuchten beziehungsweise Leuchtensysteme ausgeführt sein, welche für den mobilen und/oder stationären Einsatz genutzt werden können.
Die Leuchten und Leuchtensysteme können aus Gehäusen mit integrierten Bedieneinheiten oder aus einem Verbund von Gehäusen, Schaltschränken und/oder externen Bedieneinheiten bestehen, die die benötigte Technik beherbergen. Die Stromversorgung des Systems kann durch externe oder integrierte Gleich- und/oder Wechselstromquellen erfolgen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Gerät herzustellen, das die Vergleichbarkeit und Auswertbarkeit von angeregten Fluoreszenzen und Oberflächen für die visuellen Wahrnehmung des Menschen erweitert und eine wenig anstrengende Nutzung von Weißlicht in Verbindung mit einer Anregungsstrahlung ermöglicht.
Das Ziel wird dadurch erreicht, dass das Gerät Weißlicht emittiert, das in Abhängigkeit von der Anregungsstrahlung für den Seheindruck des Anwenders einen dynamischen, sanften Übergang zwischen den unterschiedlichen Beleuchtungs- beziehungsweise Helligkeitsniveaus ermöglicht. Dadurch treten keine völlig unterschiedlichen Seheindrücke mehr auf, die der Betrachter bei plötzlichen sprunghaften Änderungen des Helligkeitsniveaus wahrnimmt, sondern der Übergang von einem Seheindruck zum anderen wird ähnlich einem Film, der diesen Übergang zeigt, wahrgenommen.
Eine Möglichkeit der technischen Umsetzung ist die Dimmung des Weißlichtes beziehungsweise die Überblendung des Weißlichtes mit der Anregungsstrahlung in der Form, dass dies für die visuelle Wahrnehmung des Anwenders stufenlos, ohne sprunghafte Änderung der Beleuchtungsstärke, insbesondere im unteren Beleuchtungsstärkebereich ohne einen wahrnehmbaren Ein- beziehungsweise Abschalteffekt erfolgt.
Die Erfindung wir anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
1 zeigt die Frontansicht des Ausführungsbeispiels.
2 zeigt die Rückansicht des Ausführungsbeispiels.
3 zeigt den Schnitt des Ausführungsbeispiels.
Das Ausführungsbeispiel ist ein mögliches Handleuchten-System.
Das Handleuchten-System besteht beispielweise aus einem Gehäuse (1), welches mit einem Griff (2) versehen ist und seitliche Lüftungsschlitze hat. Die LEDs für die Anregungsstrahlung (22) sowie für das Weißlicht (24) sind auf einer Trägerplatinen (26) aufgelötet. Die Trägerplatinen (26) sind auf einem Kühlkörper (19) mit Kühlrippen montiert, welcher wiederum in dem Gehäuse (1) befestigt ist. Auf der Rückseite des Kühlkörpers (19) ist mittels Abstandsbolzen (20) eine Leiterplatte (21) befestigt, die Löcher hat.
In dem Gehäuse (1) ist ein Lüfter (11) befestigt. Außen ist auf das Gehäuse (1) gegenüber dem Lüfter (11) ein Lüftungsgitter mit Filter (10) montiert. Der Lüfter (11) saugt Luft durch das Lüftungsgitter (10) ein und bläst einen Luftstrom durch die Löcher in der Leiterplatte (21) an den Kühlrippen des Kühlkörpers (19) vorbei bevor durch die Lüftungsschlitze im Gehäuse (1) wieder austritt. Der Luftstrom kühlt das System aktiv, was eine lange Lebensdauer und hohe Konstanz der Anregungsstrahlung und des Weißlichtes gewährleistet. Vor beziehungsweise auf den LED-Elementen befindet sich ein optisches System, das unter anderem aus Optiken für die Anregungsstrahlung (23), Optiken für das Weißlicht (25), optischen Schutz- und Filtergläsern (6) besteht. Das optische System homogenisiert, bündelt, richtet, filtert und verteilt sowohl die Anregungsstrahlung als auch das Weißlicht, sodass diese in der gewünschten Qualität bereitgestellt werden können.
Die Frontscheibe (5) wird durch Befestigungselementen (7) mit dem Kühlkörper (19) verbunden.
Auf der Leiterplatte (21) befinden sich neben den elektrischen und elektronischen Steuer- und Regelkreisen auch LED-Elemente (17), die über die Lichtleiter (8) Betriebszustände und weitere Informationen dem Benutzer signalisieren. Beispielweise können die LED-Elemente (17) dem Anwender signalisieren, ob die Anregungsstrahlung und/oder das Weißlicht eingeschaltet sind. Es kann auch signalisiert werden, ob nach dem Einschalten der Anregungsstrahlung oder nach Abschaltung des Weißlichts, während der Nutzung, ein bestimmter Zeitraum abgelaufen ist, wie beispielsweise die typische Zeit, die die Augen benötigen, um sich an die Dunkelheit zu gewöhnen, die so genannte Adaptionszeit.
An dem Griff (2) befindet sich eine Zugentlastung (3) sowie eine Anschlussleitung (4), über die die Energieversorgung des Systems erfolgt.
Auf der Rückseite des Gehäuses (1) befinden sich sieben Bedienelemente:
Es ist ein Schalter (12) eingebaut, der das Ein- und Ausschalten der Anregungsstrahlung ermöglicht.
Es sind zwei Taster (13) eingebaut, die bei Betätigung eines der beiden die Überblendung der Anregungsstrahlung mit dem Weißlicht ermöglicht. Beim Loslassen der Taster kehrt das System zur Anregungsstrahlung zurück.
Es sind zwei Taster (14) eingebaut, die bei Betätigung eines der beiden das Hinzudimmen des Weißlichtes zur Anregungswellenlänge ermöglicht. Beim Loslassen der Taster wird das Weißlicht wieder weggedimmt.
Es ist ein Taster (16) eingebaut, der die dauerhafter Erhaltung eines Betriebszustandes, der durch die Betätigung eines Taster (13 oder 14) erreicht wurde, auch nach dem Loslassen des entsprechenden Tasters ermöglicht
Es ist ein Drehregler (15) mit Schalter eingebaut, der es ermöglicht die Beleuchtungsstärke des Weißlichtes einzustellen, zu verändern und neu festzulegen.
Das Dimmen des Weißlichtes und der Anregungsstrahlung erfolgt in der Art, dass die Veränderung der Helligkeit für die visuelle Wahrnehmung des Anwenders stufenlos, ohne wahrnehmbare Sprünge oder abrupte Änderung des Helligkeitsniveaus erfolgt.
Über die Versorgungsleitung (4) besteht die Möglichkeit externe Bedienelemente, wie Fußschalter oder Fußregler anzuschalten, die die gleichen Funktionen wir die Bedienelemente im Gehäuse (1) ausführen können.
Die Energieversorgung kann über das Stromnetz, elektrische Netzteile oder portable Energiequellen, wie Batterien oder Akkumulatoren erfolgen.
Vorteilhaft beim der Verwendung solcher Systeme für die visuelle Auswertung ist ein sanfter Abfall der Anregungsstrahlung und des Weißlichtes. am Rande des ausgeleuchteten Bereiches.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2004043295 B4 [0010]
EP 1623213 B1 [0010]
US 8616722 B2 [0010]

Claims

Leuchten und Leuchtensysteme, die über Strahlenquellen verfügen, die unterschiedliche elektromagnetische Strahlungen im sichtbaren-, ultravioletten- und/oder infraroten Bereich emittieren und kombinieren können, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben Strahlenquellen, Gehäusen, Bedienelementen, optischen Systemen, Kühlelementen und primären Leistungssteuerungen für die jeweiligen Strahlungsquellen, die sichtbares Licht emittiert, über je mindestens eine Steuer- und Regeleinheit verfügen, die in der Lage ist zumindest diese in der Art zu regeln, dass die Lichtleistung den gesamten Bereich von 0 bis 100% und 100% bis 0% der möglichen oder eingestellten Maximalleistung, auch im Dunkeln, für das menschliche Sehen stufenlos, ohne wahrnehmbare Helligkeitssprünge, hoch- beziehungsweise runterregeln kann.
Leuchten und Leuchtensysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben den primären Leistungssteuerungen über weitere Steuerungs-, Regel- und/oder Überwachungseinheiten verfügen.
Leuchten und Leuchtensysteme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über mindestens eine Überwachungs- und/oder Kontrolleinheit verfügen, die den Ausfall einzelner Strahlenquellen und/oder LEDs feststellen kann.
Leuchten und Leuchtensysteme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine Justiervorrichtung, zur Stabilisierung der emittierten Strahlungsleistung verfügen.
Leuchten und Leuchtensysteme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine Signalisierungseinheit verfügen, die den Ablauf eines Zeitintervalls nach der Erreichung bestimmter Betriebszustände signalisiert.
Leuchten und Leuchtensysteme nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine Überwachungseinheit verfügen, die anwendungskritische Fehler oder Leistungsverluste erkennt, diese signalisiert und/oder die betroffenen Funktionen der Leuchten und Leuchtensysteme automatisch deaktiviert.