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Die Erfindung betrifft ein Inspektionsgerät für Hohlräume mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Inspektionsgeräte für Hohlräume werden beispielsweise als Inspektionssysteme für Kanalrohre beziehungsweise Kanalrohrinspektionssysteme und Kanalrohrroboter verwendet, um Abwasserleitungen zu inspizieren und/oder zu reparieren. Dabei gibt es zu inspizierende Bereiche, in denen Explosionsgefahr besteht. Um derartige Bereiche zu inspizieren, müssen die Inspektionsgeräte Explosionsschutzvorschriften erfüllen. Moderne Inspektionsgeräte weisen als Beleuchtungseinrichtungen in der Regel Leuchtdioden auf, welche eine sehr große Lichtleistung auf kleiner Fläche bereitstellen. Bei derartigen Beleuchtungseinrichtungen besteht das Problem, dass an der Austrittsseite der Beleuchtungseinrichtungen für den Explosionsschutz zulässige Grenzwerte der Lichtleistung überschritten werden können. Dadurch wird bei explosionsgeschützten Inspektionsgeräten die Lichtausbeute derartiger Beleuchtungseinrichtungen begrenzt.
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Im Hinblick auf diese Problematik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Inspektionsgerät für Hohlräume dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Ausleuchtung der zu untersuchenden Hohlräume erreicht wird, wobei gleichzeitig die für den Explosionsschutz geltenden Standards eingehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Inspektionsgerät für Hohlräume mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das erfindungsgemäße Inspektionsgerät ist ausgebildet zur Inspektion von Hohlräumen, insbesondere Kanalrohren, Tanks, etc. Das Inspektionsgerät weist zumindest eine Kamera und zumindest eine Beleuchtungseinrichtung auf, welche geeignet ist, den zu inspizierenden Hohlraum zumindest bereichsweise auszuleuchten. Die Beleuchtungseinrichtung weist zumindest eine Lichtquelle und zumindest ein im Strahlengang dieser Lichtquelle angeordnetes optisches Element auf.
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Das Inspektionsgerät kann insbesondere als Kamera zur Untersuchung von Kanalrohren, z. B. als Schiebekamera oder als fahrbares Kanalrohr-Inspektionsgerät oder ähnliches ausgebildet sein. Ganz besonders bevorzugt ist das Inspektionsgerät dabei explosionsgeschützt ausgebildet, das heißt, es erfüllt die bestehenden Normen an den Explosionsschutz für derartige Geräte.
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Erfindungsgemäß weist das zumindest eine optische Element, welches im Strahlengang der Lichtquelle angeordnet ist, verschiedene Bereiche mit verschiedenen optischen Eigenschaften auf. So ist zumindest ein erster Bereich vorgesehen, in welchem eine optische Störung ausgebildet oder angeordnet ist. Diese optische Störung ist so ausgebildet, dass die Lichtdurchlässigkeit, das heißt die Durchlässigkeit für das von der Lichtquelle abgegebene Licht beziehungsweise die von der Lichtquelle abgegebene zur Beleuchtung genutzte Strahlung, in diesem ersten Bereich gegenüber zumindest einem zweiten Bereich des optischen Elementes verringert ist. Das heißt, das optische Element weist in dem genannten ersten Bereich eine geringere Lichtdurchlässigkeit als in dem genannten zweiten Bereich auf. Dabei ist das optische Element auf die Lichtquelle derart abgestimmt und relativ zu der Lichtquelle derart angeordnet, dass an der Eintrittsseite des optischen Elementes in dem genannten ersten Bereich die Lichtleistung in dem Strahlengang höher als in dem zweiten Bereich ist. So kann durch die genannte optische Störung erreicht werden, dass die höhere Lichtleistung in diesem Bereich vermindert wird, sodass an der Austrittsseite des optischen Elementes in diesem Bereich die Lichtleistung verringert ist, während sie in dem genannten zweiten Bereich nicht oder weniger verringert wird. So kann durch die optische Störung erreicht werden, dass insbesondere Leistungsspitzen im Strahlengang gedämpft werden können, während in anderen Bereichen des Strahlenganges, in welchen eine geringere Lichtleistung herrscht, keine oder nur eine geringere Dämpfung beziehungsweise Beeinträchtigung der Lichtleistung gegeben ist. So kann an der Austrittsseite der Beleuchtungseinrichtung eine gleichmäßigere Verteilung der Lichtleistung erreicht werden. Insbesondere können Leistungsspitzen, welche die für den Explosionsschutz geltenden Grenzwerte überschreiten würden, auf diese Weise gedämpft werden, ohne die Lichtleistung in den anderen Bereichen zu beeinträchtigen. So kann auch bei der Erfüllung der Explosionsschutzvorschriften eine ausreichende Beleuchtungsstärke sichergestellt werden.
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Zweckmäßigerweise sind der genannte erste Bereich des optischen Elementes in dem Zentralbereich des optischen Elementes und der zweite Bereich in einem äußeren Bereich des optischen Elementes, insbesondere in einem radial weiter außen gelegenen Bereich, gelegen. Besonders bevorzugt umgibt der zweite Bereich den ersten Bereich ringförmig. Eine solche Anordnung ist von Vorteil, da insbesondere bei einer Verwendung einer Sammellinse im Strahlengang an der Austrittsseite der Lichtquelle in der Regel die höchste Lichtleistung im Zentralbereich gegeben ist und die Lichtleistung in radialer Richtung ausgehend von dem Zentralbereich abfällt. Dabei ist vorzugsweise die Verteilung der Lichtleistung rotationssymmetrisch zur optischen Achse des Strahlenganges. Das optische Element ist dabei vorzugsweise zentrisch zur optischen Achse im Strahlengang an der Austrittsseite der Lichtquelle angeordnet. Durch die Anordnung der Störung im Zentralbereich kann dort eine Leistungsspitze gedämpft werden, während im radial weiter außen gelegenen Bereich des optischen Elementes vorzugsweise keine Dämpfung oder eine geringere Dämpfung gegeben ist, sodass dort die Lichtleistung vorzugsweise nicht vermindert wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht es sogar, durch Erhöhung des Beleuchtungsstroms die Lichtleistung in dem radial äußeren Bereich weiter zu erhöhen, ohne dass die Lichtleistung im Zentralbereich an der Austrittsseite des optischen Elementes bestehende Grenzwerte für den Explosionsschutz überschreitet.
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Weiter bevorzugt ist das optische Element im Strahlengang von der Lichtquelle zusätzlich zu einer Linse, insbesondere einer Sammellinse angeordnet. Dabei ist das optische Element gemäß der vorangehend beschrieben Ausgestaltung weiter bevorzugt im Strahlengang hinter dieser Linse angeordnet. Das heißt, dass die Linse verlassende Lichtbündel tritt weiter abwärts im Strahlengang in das optische Element mit der beschriebenen zumindest einen optischen Störung ein.
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Bei der Lichtquelle handelt es sich vorzugsweise um zumindest eine Leuchtdiode. Leuchtdioden als Lichtquellen sind in den letzten Jahren üblich geworden, da sie eine hohe Lichtleistung bei geringer Größe und geringer elektrischer Leistungsaufnahme ermöglichen.
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Das optische Element ist vorzugsweise aus transparentem Kunststoff oder Glas ausgebildet. Dabei bezieht sich die Transparenz auf den zur Beleuchtung genutzten Wellenlängenbereich der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere auf den Wellenlängenbereich sichtbaren Lichtes.
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Die zumindest eine optische Störung kann an zumindest einer Oberfläche und/oder im Inneren des optischen Elementes angeordnet sein. Dabei ist es möglich, die optische Störung an der Oberfläche des optischen Elementes auszubilden oder als zumindest ein separates Bauteil an der Oberfläche des optischen Elementes anzusetzen. Es ist jedoch auch möglich, die optische Störung direkt im Inneren des optischen Elementes auszubilden, beispielsweise indem gezielt Partikel oder andere geeignete Elemente als optische Störung in das Material des optischen Elementes eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich könnte die zumindest eine optische Störung auch lediglich als Ausnehmung, das heißt, beispielsweise als Loch, Gasblase oder Ähnliches im Inneren oder an der Oberfläche des optischen Elementes ausgebildet sein. Eine solche Ausnehmung ist ebenfalls geeignet, die Durchlässigkeit für die Lichtstrahlung entlang der optischen Achse zu verändern, insbesondere Licht zu reflektieren und/oder zu streuen, sodass das austrittsseitig die Lichtleistung verringert wird. Es wäre beispielsweise auch möglich, die optischen Störungen nachträglich im Inneren des optischen Elementes, beispielsweise mit Hilfe von Laserstrahlung auszubilden.
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Die zumindest eine optische Störung weist bevorzugt eine geringere Transparenz als das umgebende Material des optischen Elementes auf, wobei vorzugsweise die zumindest eine optische Störung für das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht im Wesentlichen nicht transparent ist. Dabei kann die optische Störung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet sein. Bevorzugt ist es so, dass das Licht das optische Element in den Bereichen, in denen keine optischen Störungen vorhanden sind, im Wesentlichen ungehindert passieren kann, während es im Bereich der optischen Störungen zumindest teilweise absorbiert, gestreut oder reflektiert wird, um dort eine Dämpfung beziehungsweise Verringerung der aus dem optischen Element austretenden Lichtleistung zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zumindest eine optische Störung als ein Störelement ausgebildet, welches an das optische Element angesetzt ist oder in das optische Element eingesetzt ist. Dazu kann das optische Element vorzugsweise zumindest eine Ausnehmung aufweisen, in welche das die optische Störung bildende Störelement eingesetzt ist. Das Störelement kann dabei aus einem Material mit geringerer Transparenz als das Material des übrigen optischen Elementes ausgebildet sein. Diese Ausführungsform ermöglicht eine sehr einfache Fertigung. Auch ermöglicht diese Ausgestaltung eine Anpassung der Dämpfung, in dem Störelemente mit unterschiedlicher Transparenz vorgesehen werden können und je nach Bedarf eingesetzt werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die optische Störung alternativ oder zusätzlich als eine Strukturveränderung und insbesondere als eine Strukturveränderung einer Oberfläche des optischen Elementes ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Oberfläche des optischen Elementes in einem ersten Bereich, in welchem die optische Störung gelegen sein soll, aufgeraut werden, sodass dort das Licht in verschiedene Richtungen gestreut und/oder reflektiert wird, sodass die in diesem Bereich austretenden Lichtleistung verringert wird. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, die optische Störung als Beschichtung auf das optische Element aufzutragen, beispielsweise in Form einer weniger transparenten oder im Wesentlichen nicht transparenten Lackschicht oder sonstigen geeigneten Beschichtungen.
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Das optische Element mit der optischen Störung kann darüber hinaus gleichzeitig weitere Funktionen in der Beleuchtungseinrichtung übernehmen. So kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das optische Element gleichzeitig als Linse und insbesondere als Sammellinse ausgebildet sein, wobei eine solche Linse weiter bevorzugt direkt auf dem LED-Substrat montiert sein kann bzw. integraler Bestandteil eines LED-Bauelements sein kann. Die zumindest eine optische Störung könnte direkt in eine Linse im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere in eine austrittsseitig der Lichtquelle angeordnete Sammellinse integriert werden. So wird die Anzahl der erforderlichen Bauteile reduziert. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element eine Abdeckung für die Beleuchtungseinrichtung bilden. Eine solche Abdeckung kann an der Austrittsseite der Beleuchtungseinrichtung insbesondere hinter einer oder mehrerer Linsen im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sein. Dabei ist zu verstehen, dass eine optische Störung, wie sie vorangehend beschrieben wurde, nur in dieser Abdeckung oder aber auch zusätzlich in weiteren optischen Elementen im Strahlengang angeordnet sein könnte. Die Abdeckung verschließt vorzugsweise ein Gehäuse des Inspektionsgerätes im Bereich der Beleuchtungseinrichtung nach außen und ist dazu besonders bevorzugt an einem umgebenden Gehäuse abgedichtet. Die Abdeckung sollte dazu bevorzugt eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen. Wenn in die Abdeckung die optische Störung in Form eines Störelementes eingebracht ist, wie es vorangehend beschrieben wurde, ist das zumindest eine Störelement bevorzugt an der Innenseite der Abdeckung angeordnet, sodass die Außenseite der Abdeckung unbeeinträchtigt eine glatte durchgehende Fläche bilden kann. So ist die optische Störung vor mechanischen Beschädigungen geschützt. Darüber kann die Außenseite so eine glatte wenig verschmutzungsanfällige beziehungsweise leicht zu reinigende Oberfläche aufweisen.
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Weiter bevorzugt sind die Störung und die Lichtquelle derart aufeinander abgestimmt, dass an einer Austrittsseite der Beleuchtungseinrichtung eine für einen Explosionsschutz zulässige Lichtleistung an keiner Stelle überschritten wird. Dabei sollte die Lichtleistung vorzugsweise unter 5mW/m2 liegen, wie es in einschlägigen Normen gefordert wird. Dies kann durch eine optische Störung, wie sie vorangehend beschrieben wurde erreicht werden, wobei gleichzeitig die Lichtleistung in anderen Bereichen des Strahlenganges, welche nicht in der Nähe des Grenzwertes liegt, weiter erhöht werden kann. Idealerweise wird im gesamten Querschnittsbereich des Strahlenganges an der Austrittsseite der Beleuchtungseinrichtung eine gleichmäßige Lichtleistung nahe des zulässigen Grenzwertes, aber nicht oberhalb des zulässigen Grenzwertes, erreicht. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Beleuchtungsstrom der Lichtquelle soweit erhöht wird, dass in den Querschnittsbereichen des Strahlenganges mit der geringsten Lichtleistung an der Eintrittsseite des beschrieben optischen Elementes eine Lichtleistung nahe des Grenzwertes erreicht wird. In denjenigen Querschnittsbereichen, in denen sich konstruktionsbedingt damit gleichzeitig höhere Lichtleistungen ergeben, werden diese dann durch die optische Störung oder mehrere optische Störungen in einem oder mehreren optischen Elementen so gedämpft, dass austrittsseitig der Beleuchtungseinrichtung die zulässige Lichtleistung nicht überschritten wird.
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Das bedeutet, dass die Beleuchtungseinrichtung bevorzugt derart ausgebildet ist, dass sie im Strahlengang aufwärts der zumindest einen optischen Störung in einem von der optischen Störung abgedeckten Bereich des Strahlenganges, das heißt, einem in Richtung des Strahlenganges vor der optischen Störung gelegenen Bereich des Strahlenganges, eine Lichtleistung aufweist, welche eine für einen Explosionsschutz zulässigen Grenzwert überschreitet, und in einem nicht von der optischen Störung abgedeckten Bereich des Strahlenganges eine Lichtleistung aufweist, welche einen für einen Explosionsschutz zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. So wird eine gleichmäßigere Abstrahlcharakteristik als bei herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen erreicht.
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Besonders bevorzugt weist das Inspektionsgerät mehrere Beleuchtungseinrichtungen auf, welche insbesondere so verteilt sind, dass eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung eines größeren zu inspizierenden Bereiches des Hohlraumes erreicht werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Inspektionsgerätes,
- 2 eine vergrößerte Frontansicht des Inspektionsgerätes gemäß 1,
- 3 eine schematische Schnittansicht einer Beleuchtungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Inspektionsgerätes,
- 4 die Verteilung der Lichtleistung in Durchmesserrichtung des Strahlenganges, und
- 5 schematisch das Zusammenwirken der durch die optischen Störung erreichten Absorption sowie der nicht gleichmäßigen Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle.
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1 zeigt ein Inspektionsgerät für Hohlräume in Form einer Schiebekamera, wie sie zur Inspektion von Abwasserrohren beziehungsweise Kanalrohren eingesetzt werden kann. Die Kamera ist in diesem Fall als Schwenkkopfkamera ausgebildet und weist ein Gehäuse 2 auf, an dessen in Vorschubrichtung hinterem Ende ein Anschlusskabel beziehungsweise Schiebestab 4 befestigt ist. In dem Gehäuse 2 ist schwenkbeweglich ein zweiter Gehäuseteil 6 gelagert, in welchem eine Kamera 8 angeordnet ist. Die Kamera 8 umgebend sind an der in 2 gezeigten Stirnseite sowohl an dem Gehäuse 2 als auch an dem zweiten Gehäuseteil 6 mehrere Beleuchtungseinrichtungen 10 angeordnet. Zumindest eine dieser Beleuchtungseinrichtungen 10 und vorzugsweise alle der Beleuchtungseinrichtungen 10 können in der anhand von 3 beschrieben Weise ausgebildet sein.
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3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung 10. Die Beleuchtungseinrichtung 10 weist als Lichtquelle eine Leuchtdiode 12 auf. In Richtung des Strahlenganges S liegt hinter der Leuchtdiode 12 zunächst eine Sammellinse 14, welche die aus der Leuchtdiode 12 austretenden Lichtstrahlen bündelt. In Durchmesserrichtung durch den Strahlengang S würde sich so bei bekannter Ausgestaltung nach dem Stand der Technik die in 4 gezeigte Intensitätsverteilung 16 ergeben, gemäß derer der Strahlengang S im Zentralbereich beziehungsweise in der Mitte ein Intensitätsmaximum 18 mit der höchsten Lichtleistung aufweist. Radial nach außen fällt die Lichtleistung entsprechend der Kurve 16 ab. Die Beleuchtungseinrichtung in 10 ist nach außen durch eine Abdeckung 20 aus einem transparenten Material wie Glas oder Kunststoff verschlossen. Die Abdeckung 20 ist dicht in das Gehäuse 2 oder das Gehäuse 6 eingesetzt.
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Würde bei der bekannten Ausgestaltung der Beleuchtungsstrom der Leuchtdiode 12 weiter erhöht, würde sich im Wesentlichen der in 4 gestrichelt gekennzeichnete Verlauf 19 der Lichtstärke ergeben. Das heißt das im Zentralbereich gelegene Maximum 18 würde sich auf den Maximalwert 18' erhöhen, wobei beispielsweise ein für den Explosionsschutz zulässiger Grenzwert überschritten werden könnte. Um in den äußeren Umfangsbereichen dennoch die Beleuchtungsstärke erhöhen zu können, ist erfindungsgemäß die Abdeckung 20 in spezieller Weise ausgestaltet.
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Die Abdeckung 20 fungiert als optisches Element und weist in ihrem Zentralbereich an der Innenseite, das heißt, an der der Linse 14 zugewandten Seite, eine Ausnehmung 22 auf. Diese hat quer zur optischen Achse beziehungsweise zum Strahlengang S einen kreisförmigen Querschnitt und ist vorzugsweise zentrisch zur optischen Achse S angeordnet. In die Ausnehmung 22 eingesetzt ist ein Störelement 24, welches eine optische Störung in dem Strahlengang S bildet. Das Störelement 24 weist vorzugsweise im Querschnitt zur optischen Achse S ebenfalls eine kreisförmige Form auf. Das Störelement 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem für das Licht im Wesentlichen nicht transparenten Material ausgebildet und führt somit im Zentralbereich des Strahlenganges S zu einer Dämpfung der Lichtleistung, sodass das Intensitätsmaximum 18' im Zentralbereich auf das zulässige Maximum 18 verringert wird. So kann durch Erhöhung des Beleuchtungsstromes insgesamt die Lichtleistung der Leuchtdiode 12 erhöht werden, sodass sich in 4 die Intensitätsverteilung gemäß der Kurve 26 ergibt. In den radial äußeren Bereichen wird die Lichtleistung gegenüber der Kurve 16 erhöht, während es im Zentralbereich, im Bereich des Intensitätsmaximums 18 aufgrund der Dämpfung durch das Störelement 24 nicht zu einer Erhöhung der Lichtleistung kommt. Die Lichtleistung bleibt auf dem Intensitätsmaximum 18, welches der Intensitätsverteilung gemäß der Kurve 16 vor der Erhöhung der Austrittsleistung der Leuchtdiode entspricht. So kann durch Erhöhung des Lichtstromes die Lichtleistung im Außenumfangsbereich der Beleuchtungseinrichtung 10 erhöht werden, ohne dass im Zentralbereich das Intensitätsmaximum 18 erhöht wird. So kann das Intensitätsmaximum 18 vorzugsweise auf einem Wert gehalten werden, welcher unter dem für den Explosionsschutz zulässigen Grenzwerten liegt.
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Anhand von 5 wird beispielhaft noch einmal das Erreichen einer idealen Intensitätsverteilung beschrieben. 5 zeigt links eine Kurve der Intensitätsverteilung 28, welche im Wesentlichen der Intensitätsverteilung entspricht, wie sie anhand von 4 beschrieben wurde. In der Mitte in 5 ist der Verlauf der Transmission eines optischen Elementes (wie in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel die Abdeckung 20 mit dem Störelement 24) in Querrichtung beziehungsweise Durchmesserrichtung des Strahlenganges S gezeigt. Wie die Kurve 30, welche die Transmissionseigenschaften repräsentiert, zeigt, ist die Dämpfung im Zentralbereich des Strahlengangs S am größten und nimmt in radialer Richtung in diesem Ausführungsbeispiel kontinuierlich ab. In diesem Fall sind die Transmissionseigenschaften 30 derart optimal auf die Intensitätsverteilung 28 der Leuchtdiode 12 beziehungsweise der Leuchtdiode 12 mit der nachgeschalteten Sammellinse abgestimmt, dass die Lichtleistung beziehungsweise Intensität ausgehend von der Mitte zum Randbereich hin abnehmend gedämpft beziehungsweise verringert wird. So kann, wie in 5 rechts gezeigt idealerweise eine konstante Intensitätsverteilung 32 über den gesamten Durchmesser des Strahlenganges erreicht werden. Dies wäre eine ideale Intensitätsverteilung, da so über den gesamten Durchmesser der Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise des Strahlenganges eine Lichtleistung erreicht werden kann, welche nahe dem zulässigen Grenzwert, aber stets unter dem zulässigen Grenzwert liegt. So könnte bei Einhaltung der Explosionsvorschriften die maximale Beleuchtungsstärke realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gehäuse
- 4
- Schiebestab
- 6
- Zweiter Gehäuseteil
- 8
- Kamera
- 10
- Beleuchtungseinrichtung
- 12
- Leuchtdiode
- 14
- Sammellinse
- 16,19
- Intensitätsverteilungen
- 18, 18'
- Intensitätsmaximum
- 20
- Abdeckung, optisches Element
- 22
- Ausnehmung
- 24
- Störelement
- 26,28
- Intensitätsverteilung
- 30
- Transmissionseigenschaften
- S
- Strahlengang
