DE19648620C2 - Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren Beleuchtungsfeldes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren Beleuchtungsfeldes, mit einer Lichtquelle und mindestens einer in den Strahlengang des Lichtes zur Festlegung des Lichtkegels eingeschalteten optischen Linse.

Eine derartiges System ist aus der DE 42 37 386 A1 bekannt.

Ferner offenbart die GB 12 09 234 eine Brille mit durch Fernbedienung veränderbarer Brennweite flexibler Linsen.

Bei vielen Beleuchtungssystemen, wie etwa Fahrzeugscheinwerfern, Stehlampen oder auch Deckenleuchten besteht häufig der Wunsch, nicht nur die Beleuchtungsstärke, sondern auch das Beleuchtungsfeld verändern zu können. Da im Regelfall elektrische Lichtquellen verwendet werden, ist die Beleuchtungsstärke durch eine entsprechende Beeinflussung der elektrischen Leistungsparameter problemlos einstellbar. Im Hinblick auf die Ausbildung des Lichtkegels eines Beleuchtungssystems zur Beeinflussung der Leuchtweite und der Festlegung der Beleuchtungsfläche ergeben sich jedoch größere Probleme. Bei Fahrzeugscheinwerfern wird das Problem der Leuchtweitenregulierung bisher dadurch gelöst, daß, je nach dem, ob normales Fahrlicht oder aber Fernlicht gewünscht wird, jeweils eine von zwei Lichtquellen eingeschaltet wird, wobei die beiden Lichtquellen in unterschiedlicher räumlicher Zuordnung zur verwendeten Fokussiereinrichtung angeordnet sind. Überwiegend weisen derartige Scheinwerfer als Fokussiereinrichtung einen Hohlspiegel auf. Es ist aber auch bekannt, zur Fokussierung Linsensysteme aus Glas zu verwenden. Kennzeichnend für diese Lösungen ist jeweils, daß es im Prinzip zwei Einstellungen für die Leuchtweite und damit für die Festlegung des Beleuchtungsfeldes gibt, nämlich normales Fahrlicht und Fernlicht. Um eine Anpassung an die Fahrzeugneigung infolge starker Beladung vornehmen zu können, sind darüber hinaus auch mechanisch arbeitende Leuchtweitenverstellungen bekannt, die entsprechend der jeweiligen Beladung einmal eingestellt werden und erst wieder verändert werden, wenn Änderungen der Beladung vorliegen.

Bei Taschenlampen ist es bekannt, die Entfernung zwischen der Lampe und dem als Reflektor benutzten Hohlspiegel durch eine entsprechende Verstellvorrichtung stufenlos zu verändern. Dadurch kann die Form des Lichtkegels und somit auch die Leuchtweite beeinflußt werden.

Aus der GB 12 09 234 ist eine Brille bekannt, deren "Gläser" jeweils in Form einer flexiblen Linse ausgebildet sind. Die Brennweite dieser flexiblen Linse ist durch eine Einstellvorrichtung veränderbar. Die Linse selbst ist als flexibler Hohlkörper ausgebildet, der mit einer Flüssigkeitsfüllung versehen ist. Die Hülle des Hohlkörpers und die Flüssigkeitsfüllung sind aus einem Material mit sehr guter Lichtdurchlässigkeit. Der Hohlraum der Linse ist durch eine flexible Schlauchleitung mit einem kleinen Kolben-/Zylinder-System im Bügel der Brille untergebracht. Die Schlauchleitung und der Zylinderraum des Kolben-/Zylinder-Systems sind ebenfalls flüssigkeitsgefüllt. Durch Veränderung der Stellung des Kolbens mit Hilfe eines Schiebereglers kann wahlweise Flüssigkeit in den Linsenhohlraum hineingefördert oder abgezogen werden, so daß sich die Krümmung der Linse entweder stärker oder schwächer einstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß auf eine möglichst einfache Art und Weise eine Einstellung des Beleuchtungsfeldes eines Beleuchtungssystems möglich ist, ohne daß das Beleuchtungssystem selbst gegenüber der Beleuchtungsfläche verschoben werden muß. Es soll also eine Beeinflussung der Form des Lichtkegels des Beleuchtungssystems ermöglicht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß im Strahlengang des Beleuchtungssystems mindestens eine flexible Linse angeordnet wird, deren Brennweite durch eine fernbetätigbare Aktorik veränderbar ist: Die flexible Linse kann dabei aus einem Vollmaterial bestehen, z. B. einem lichtdurchlässigen flexiblen Kunststoff, wobei die Aktorik z. B. in Form von piezo-elektrischen Aktoren ausgebildet sind. Durch derartige Aktoren können von außen Druck- und / oder Zugkräfte unterschiedlicher Größe auf den Linsenkörper ausgeübt werden, die die Linsenkrümmung entsprechend verändern. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese Verformungskräfte auf andere Art und Weise (z. B. elektromotorisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder auch pneumatisch oder rein mechanisch) aufzubringen.

Besondere Eigenschaften der flexiblen Linse lassen sich erzielen, wenn der Linsenkörper aus unterschiedlichen Materialien im Sinne eines mehrschichtigen Verbundkörpers ausgebildet ist. Eine für die vorliegende Erfindung besonders vorteilhafte Ausführung der flexiblen Linse besteht darin, diese als flüssigkeitsgefüllten Hohlkörper zu gestalten, wobei das Flüssigkeitsvolumen durch eine entsprechende Befüllvorrichtung wahlweise vergrößert und verkleinert werden kann, um die Linsenform zu verändern. Hierzu weist die Hülle der Linse eine entsprechende Elastizität auf. Die Befüllvorrichtung kann z. B. in Form einer kleinen elektrischen Pumpe (z. B. Zahnradpumpe) ausgebildet sein.

Besonders empfehlenswert ist die Verwendung eines Zylinder-/Kolben-Systems, insbesondere wenn dieses System elektromotorisch antreibbar ist.

Zweckmäßigerweise wird die Befüllvorrichtung mittels einer biegsamen Leitungsverbindung, also einer Schlauchverbindung, mit dem Hohlraum der flexiblen Linse verbunden.

Als Lichtquelle werden wegen ihrer kompakten Ausführbarkeit und guten Regulierbarkeit elektrische Lampen bevorzugt. Für einige Anwendungen empfiehlt es sich, die Lichtquelle in größerer Entfernung von der flexiblen Linse anzuordnen und das Licht von der Lichtquelle über eine Glasfaseroptik in den Nahbereich der flexiblen Linse zu übertragen. Dadurch läßt sich die körperliche Größe der Lichtaustrittsfläche aus dem Beleuchtungssystem völlig unabhängig von der Größe der Lichtquelle gestalten.

Eine insbesondere für Fahrzeugscheinwerfer geeignete Ausführungsform der Erfindung sieht vor, im Bereich der optischen Achse der flexiblen Linse einen Hohlspiegel vorzusehen und die Lichtquelle zwischen dem Hohlspiegel und der flexiblen Linse so anzuordnen, daß der Lichtaustritt aus der Lichtquelle in den Hohlspiegel gerichtet ist.

Zur Verstellung der Leuchtweite ist es vorgesehen, die Aktorik zur Brennweitenänderung der flexiblen Linse mit dem Wählschalter für die Einschaltung des Fahr- und Fernlichtes steuerungstechnisch zu verbinden. Ein solcher Fahrzeugscheinwerfer kann bei Bedarf auch so eingerichtet werden, daß er seinen Beleuchtungskegel stufenlos verändern kann, also nicht nur zwischen den beiden Stufen Fahr- und Fernlicht variiert wird.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, das Beleuchtungssystem als Teil einer Steh- oder Schreibtischlampe auszubilden, die mit einem Fuß und einem Schaft versehen ist, wobei der Lichtaustritt am freien Ende des Schaftes angeordnet ist.

Um die Einsatzmöglichkeiten dieser Lampe zu erweitern, empfiehlt es sich, den Schaft als Schwanenhals, also flexibel biegbar zu gestalten. Damit läßt sich der Leuchtkegel auf beliebige Objekte richten. Die Beleuchtungsfläche läßt sich ohne eine Veränderung der Entfernung zum Objekt durch entsprechende Anpassung der Krümmung der flexiblen Linse einstellen.

Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung sieht vor, das Beleuchtungssystem als Bestandteil einer Projektionseinrichtung, z. B. eines Diaprojektors, zu gestatten. Grundsätzlich ist es möglich, für das Beleuchtungssystem mehrere flexible Linsen hintereinander anzuordnen, um die Leuchtweitenverstellung in einem möglichst großen Bereich zu ermöglichen. Für viele Einsatzzwecke ist es jedoch völlig ausreichend, sich auf eine einzige flexible Linse zu beschränken.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem mit Hohlspiegel und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schreibtischlampe

Das in Fig. 1 dargestellte Schema eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems sieht eine flexible Linse 1 vor, die eine optische Achse 4 aufweist. Im Bereich dieser optischen Achse 4 ist ein Hohlspiegel 3 mit Abstand von der flexiblen Linse 1 angeordnet, wobei die Öffnung des Hohlspiegels 3 der flexiblen Linse 1 zugewandt ist.

Ebenfalls im Bereich der optischen Achse 4 (zwischen Hohlspiegel 3 und flexibler Linse 1) liegt eine als elektrische Lampe 2 ausgebildete Lichtquelle, deren Lichtaustritt in den Hohlspiegel 3 gerichtet ist. Der Hohlspiegel 3 hat die Funktion eines Reflektors und erzeugt ein reflektiertes Licht, das im wesentlichen in parallelen Strahlen auf die flexible Linse 1 trifft. Die flexible Linse 1 fokussiert die Lichtstrahlen im Fokuspunkt 5.

Durch nicht dargestellte Aktoren, die Zug- und / oder Druckkräfte auf die flexible Linse 1 ausüben, kann deren Krümmung verändert werden, so daß sich in Abhängigkeit davon die Leuchtweite des Beleuchtungssystems ändert, also der Fokuspunkt 5 nach links oder rechts entlang der optischen Achse verschoben wird.

In Fig. 2 ist exemplarisch das Schema einer Schreibtischlampe im Querschnitt dargestellt. Die Schreibtischlampe weist einen Fuß 14 auf, an den sich ein Schaft 15 anschließt, der weitgehend als Schwanenhals 6 ausgebildet, also flexibel biegbar ist. Am freien Ende des Schaftes 15 befindet sich die Lichtaustrittsseite dar Schreibtischlampe. Diese weist eine flexible Linse 1 und eine dahinter angeordnete elektrische Lampe 2 auf. Die flexible Linse 1 ist in Form eines flüssigkeitsgefüllten Hohlkörpers ausgebildet und steht über einen biegsamen Schlauch 11 mit einer Betätigungseinrichtung in Verbindung, die im unteren Teil des Schaftes 15 angeordnet ist.

Die Betätigungseinrichtung besteht aus einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder 7, in dem ein Kolben 8 verschieblich angeordnet ist. Die Verschiebung des Kolbens 8 wird mittels einer Kolbenstange 9 bewirkt, die durch einen elektromotorischen Antrieb 10 nach oben oder unten verschoben werden kann. Je nach Stellung des Kolbens 8 befindet sich ein größeres oder kleineres Flüssigkeitsvolumen in der flexiblen Linse 1. Dementsprechend stellt sich die Krümmung der flexiblen Linse und damit deren Brennweite ein. Die Form des Lichtkegels 12 der Schreibtischlampe verändert sich in entsprechender Weise mit der Krümmung der flexiblen Linse 1, so daß die Beleuchtungsfläche 13 größer oder kleiner wird.

Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem läßt sich auch sehr vorteilhaft bei Deckenbeleuchtungen einsetzen, wenn es von Interesse ist, unterschiedlich große Flächen eines Raumes ausleuchten zu können, d. h. daß die Helligkeit auf die Stellen konzentriert werden kann, wo sie tatsächlich aktuell gebraucht wird. Damit läßt sich nicht zuletzt auch ein Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Gleichzeitig wird auch eine unerwünschte Wärmeentwicklung auf ein Minimum reduziert.

Im Hinblick auf eine optisch ansprechende Gestaltung, beispielsweise einer Schreibtisch- oder Stehlampe, kann es vorteilhaft sein, die Druckaktorik beispielsweise aus einem Glaszylinder und einem Glaskolben zu bilden und gut sichtbar in den Schaft der Lampe zu integrieren. Als Flüssigkeit könnte eine hochtransparente oder aber auch eine gefärbte Flüssigkeit verwendet werden. Dabei wäre es ohne weiteres möglich, im Bereich der flexiblen Linse eine klare hochtransparente Flüssigkeit zu verwenden und im Bereich der Druckaktorik eine gefärbte Flüssigkeit. Zur Vermeidung der Vermischung der beiden Flüssigkeiten könnte innerhalb des Zylinderraums 7 oder innerhalb des Schlauches 11 ein "mitschwimmender" Trennkolben, z. B. aus Glas, vorgesehen kann. Die Stromversorgung zur Betätigung der Aktorik kann problemlos aus der gleichen Quelle sichergestellt werden, die zur Versorgung der elektrischen Lampe ohnehin zur Verfügung steht.

Claims (10)

1. Beleuchtungssystem zur Beleuchtung eines einstellbaren Beleuchtungsfeldes, mit einer Lichtquelle (2) und mindestens einer in den Strahlengang des Lichtes zur Festlegung des Lichtkegels (12) angeordneten optischen Linse, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse als flexible Linse (1) mit durch Fernbetätigung einer Aktorik veränderbaren Brennweite ausgebildet ist.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (1) eine elastische Hülle und eine Flüssigkeitsfüllung aufweist, deren Volumen zur Veränderung der Linsenform durch eine Befüllvorrichtung vergrößert und verkleinert werden kann.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllvorrichtung als elektromotorisch (10) verstellbares Zylinder-/Kolben-System (7, 8, 9) ausgebildet ist.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinder-/Kolben-System (7, 8, 9) durch eine Schlauchleitung (11) mit der flexiblen Linse (1) verbunden ist.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (1) vollständig aus elastischem Kunststoff gebildet und durch Druck- oder Zugkräfte verformbar ist, die durch von außen ansteuerbare Aktoren, insbesondere piezo-elektrische Aktoren, auslösbar sind.

6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle in größerer Entfernung von der flexiblen Linse (1) angeordnet und eine Glasfaseroptik zur Lichtübertragung bis in den Nahbereich der flexiblen Linse (1) vorgesehen ist.

7. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der optischen Achse (4) der flexiblen Linse (1) ein Hohlspiegel (3) angeordnet ist und daß die Lichtquelle (2) zwischen dem Hohlspiegel (3) und der flexiblen Linse (1) angeordnet ist, wobei der Lichtaustritt aus der Lichtquelle (2) in den Hohlspiegel (3) gerichtet ist.

8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Linse (1) Teil eines Fahrzeugscheinwerfers ist und die Aktorik zur Brennweitenänderung der flexiblen Linse (1) durch den Wählschalter für Fahr- und Fernlicht betätigbar ist.

9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Linse (1) Teil einer mit einem Fuß (14) und einem Schaft (15) ausgebildeten Steh- oder Schreibtischlampe ist, wobei die flexible Linse (1) innerhalb des Schaftes (15) an dessen freiem Ende angeordnet ist.

10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Linse (1) Teil einer Projektionseinrichtung ist.