DE19652745A1 - Beleuchtungsvorrichtung regelbarer Intensität mit einem Lichtleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Reflektor, der das von der Lichtquelle erzeugte Licht auf die Stirnseite eines Lichtleiters fokussiert, der es zu einem zu beleuchtenden Bereich führt, und mit einer Einrich­ tung zur Regelung der Beleuchtungsintensität.

In einer Vielzahl von Fällen ist es zweckmäßig, die Beleuchtung eines Objektes oder Bereiches nicht un­ mittelbar mit einer Lichtquelle vorzunehmen, sondern das Licht mit einem Lichtleiter an den vorgesehenen Ort zu führen. Derartige Vorrichtungen sind bei­ spielsweise in Schwimmbädern oder Discotheken ver­ breitet und ermöglichen es, mit einer einzigen Lichtquelle eine Vielzahl von Bereichen zu beleuch­ ten sowie eine räumliche Trennung von Lichtquelle und Objekt vorzunehmen, beispielsweise um aus Si­ cherheitsgründen eine Spannungsversorgung in unmit­ telbarer Nähe eines Schwimmbeckens zu vermeiden. Als Lichtleiter findet in der Regel ein Bündel transparenter Fasern Verwendung, meist ein Glasfa­ serbündel, deren Enden zur Verbesserung der Handha­ bung in eine gemeinsame, als Lichtfasertopf be­ zeichnete Fassung eingebracht sind. Zur Erzielung einer hinreichenden Helligkeit bei geringen Kosten werden meist strahlungsintensive Glühleuchten als Lichtquellen verwendet, zum Beispiel Halogenlampen.

Ein weiterer bedeutender Anwendungsbereich von Be­ leuchtungsvorrichtungen mit Lichtleitern ist die Ausleuchtung strahlungsempfindlicher Objekte, etwa antiker Urkunden in den Vitrinen von Museen oder biologischer Präparate. Da Lichtleiter sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Strahlungsbe­ reich im allgemeinen eine wesentlich höhere Absorp­ tion als im Sichtbaren aufweisen, übertragen sie nur den letzteren Strahlungsanteil nahezu ohne Ab­ schwächung. Andere Wellenlängen werden hingegen ausgefiltert, wobei sich die ausgefilterten Anteile durch Variation des Lichtleitermaterials, also des Absorptionsspektrums, sowie der Leiterlänge gezielt variieren lassen. Auf diese Weise entsteht ein Licht, das sowohl von infraroten Anteilen, die bei temperaturempfindlichen Objekten zu vermeiden sind, als auch ultravioletten Anteilen, die zu Strah­ lungsschäden, insbesondere einem Ausbleichen des Materials, führen, nahezu frei sind, während die sichtbare Strahlung der der Lichtquelle entspricht.

Ein Reflektor, der sich hinter der Lichtquelle be­ findet und das Licht auf die Stirnseite des Licht­ leiters fokussiert, stellt sicher, daß ein mög­ lichst großer Anteil des erzeugten Lichtes in den Lichtleiter eingekoppelt wird und somit eine effek­ tive Energieausnutzung erfolgt. Grundsätzlich ist es denkbar, Linsen anstelle von einem oder zusätz­ lich zu einem Reflektor als fokussierendes Element zu verwenden. Aufgrund der vergleichsweise hohen Kosten, einer aufwendigen Fertigung und den viel­ fach hohen thermischen Belastungen, die sowohl die Linse schädigen können als auch eine Verkürzung der Lebensdauer der Lichtquelle durch verschlechterte Kühlung zur Folge haben, finden Linsen jedoch nur selten Verwendung.

Zur Helligkeitsregelung der Beleuchtungsvorrichtung sind im Stande der Technik zwei unterschiedliche Vorgehensweisen bekannt. Einerseits läßt sich die Intensität der Lichtquelle durch Regelung ihrer Spannungsversorgung beeinflussen, insbesondere mit­ tels einer elektronischen Phasenanschnittsteuerung. Als nachteilig erweisen sich in diesem Fall die ho­ hen Kosten der Steuerung. Zudem verändert sich die Farbe des Lichtes infolge der verringerten Tempera­ tur der Lichtquelle in vielfach unerwünschter Weise.

Andererseits sind mechanische Vorrichtungen zur Helligkeitsregelung gebräuchlich, insbesondere ver­ schiebbare Blenden, mit denen sich die Stirnseite des Lichtleiters ganz oder partiell abdecken läßt. Derartige Blenden haben den Vorteil niedriger Ko­ sten, sind jedoch erheblichen thermischen Belastun­ gen ausgesetzt, da sie näherungsweise im Brennfleck des Reflektors angeordnet sind, also die Licht­ quelle auf ihre Oberfläche abgebildet wird. Die nachteilige Folge sind unzulässige Temperaturerhö­ hungen im Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung, die zu einer vorzeitigen Alterung und Zerstörung der Lichtquelle führen. Darüber hinaus erweist sich eine kontinuierliche Veränderung der Beleuchtungs­ intensität mit mechanischen Blenden als schwierig.

Dies gilt insbesondere dann, wenn der Lichtleiter aus Fasern besteht, die einzeln oder gruppenweise unterschiedliche Bereiche beleuchten.

Vor diesem Hintergrund hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Lichtleiter zu entwickeln, dessen Hellig­ keit kontinuierlich und gleichmäßig über den ge­ samten Querschnitt veränderbar ist, deren Licht­ farbe unabhangig von der Beleuchtungsintensität konstant ist und die sich durch eine vergrößerte Lebensdauer auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtquelle und/oder der Reflektor und/oder die Stirnseite des Lichtleiters verschiebbar ist, die Verschiebung mit der Regelungseinrichtung vor­ nehmbar ist und parallel zur optischen Achse des Reflektors erfolgt und der mögliche Verschiebeweg die Position optimaler Fokussierung des Lichtes auf den Lichtleiter umfaßt.

Die zentrale Idee der Erfindung besteht darin, die Helligkeitsregelung durch Variation der Fokussie­ rung des Lichtes vorzunehmen. Dabei bleibt die Hel­ ligkeit der Lichtquelle stets konstant. Um die Fo­ kussierung ändern zu können, ist es notwendig, daß die Lichtquelle, der Reflektor oder die Stirnseiten der Lichtleiter im Gehäuse der Vorrichtung ver­ schiebbar sind. Dabei ist es sowohl denkbar, ledig­ lich eines der Elemente zu verschieben, als auch die Anordnung zweier Elemente gleichzeitig zu ver­ ändern, etwa den Reflektor zusammen mit der Licht­ quelle zu verschieben. In jedem Fall wird jedoch der relative Abstand mindestens eines der Elemente zu einem anderen variiert. Im allgemeinen bietet es sich an, die Position des Lichtleiters unverändert zu lassen, um dessen mechanische Beanspruchung und damit Ermüdungserscheinungen oder gar einen Bruch zu vermeiden.

Aufgrund der veränderten Fokussierung fallen unter­ schiedliche Anteile des vom Reflektor zurückgewor­ fenen Lichtes in die Umgebung der Stirnseite des Lichtleiters, so daß sich die Helligkeit des vom Lichtleiter beleuchteten Bereiches ändert. Vorzugs­ weise ist ein Absorbermaterial vorhanden, welches die Stirnseite randseitig umgibt und das auftref­ fende Licht absorbiert. Zur effektiven Wärmeablei­ tung weist das die Stirnseite des Lichtleiters um­ gebende Material zweckmäßig eine hohe Wärmeleitfä­ higkeit auf und steht mit dem Gehäuse oder Kühlele­ menten, etwa Rippen, an dessen Außenseite in Ver­ bindung.

Die Verschiebung der Elemente erfolgt jeweils par­ allel zu optischen Achse des Reflektors. Auf diese Weise wird vermieden, daß ein Brennfleck, also ein Bild der Lichtquelle neben dem Lichtleiter ent­ steht. Damit eine maximale Lichtausbeute erreichbar ist, umfaßt der Verschiebeweg insbesondere die Po­ sition optimaler Fokussierung des Lichtes auf die Stirnseite des Lichtleiters, d. h. die Position, in welcher der gesamte Brennfleck der Lichtquelle auf die Stirnseite des Lichtleiters fällt. Die Rege­ lungseinrichtung ist eine Vorrichtung zum Verschie­ ben der Elemente, beispielsweise ein Knopf oder Schieber, wobei zur Verschiebung auch ein Stellmo­ tor denkbar ist. Auf diese Weise ist die Hellig­ keitseinstellung bequem von der Außenseite der Be­ leuchtungsvorrichtung vornehmbar und es besteht keine Notwendigkeit, ihre im Betrieb heißen Ele­ mente zu berühren.

Die vorgeschlagene Beleuchtungsvorrichtung ermög­ licht eine kontinuierliche Variation der Helligkeit zwischen einem Maximalwert und einer minimalen In­ tensität, die abhängig von den geometrischen Para­ metern der Vorrichtung im allgemeinen etwa 10%-30% des Maximalwertes beträgt. Da sich Helligkeit und Temperatur der Lichtquelle während der Regelung nicht ändern, bleibt die Farbe des Lichtes, also die relative Intensität seiner Wellenlängen, unab­ hängig von der eingestellten Helligkeit konstant. Weiterhin wird bei der Defokussierung stets der ge­ samte Lichtleiter gleichmäßig ausgeleuchtet, so daß Intensitätsvariationen über seinen Querschnitt ver­ mieden werden. Im defokussierten Zustand der Be­ leuchtungsvorrichtung wird derjenige Lichtanteil, der nicht in den Leiter einfällt, großflächig in dessen Umgebung verteilt. Übermäßige lokale thermi­ sche Belastungen des Gehäuses werden damit vermie­ den und die Wärmeabfuhr verbessert, so daß sich die Lebensdauer der Beleuchtungsvorrichtung und insbe­ sondere der Lichtquelle erhöht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtleiter ein Bündel transparenter Fa­ sern. Zur Erleichterung der Handhabung sind die Fa­ sern endseitig zweckmäßig in eine als Fasertopf be­ zeichneten Fassung eingebracht, die an der Stirn­ seite der Fasern offen ist. Als Fasermaterialien sind insbesondere Glas oder transparente Kunst­ stoffe geeignet. Ein Vorteil der Verwendung eines Faserbündels besteht in seiner Flexibilität, die einen Einbau der Beleuchtungsvorrichtung erheblich vereinfacht und nachträgliche Änderungen der Anord­ nung ermöglicht. Zudem läßt sich das Faserbündel leicht in einzelne Fasern oder Teilbündel untertei­ len, die zur Beleuchtung unterschiedlicher Raumbe­ reiche verwendbar sind. Dabei stellt die unabhängig von der Beleuchtungsintensität stets gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Fasertopfes sicher, daß sich die Helligkeit des Lichtes in sämtlichen Fa­ sern in gleicher Weise verändert.

Die Spannungsversorgung der Lichtquelle erfolgt in der Regel durch eine Öffnung auf der optischen Achse des Reflektors, da in diesen Bereich ein­ fallendes Licht auf die Lichtquelle zurückgeworfen wird und somit keinen Beitrag zur Beleuchtung lie­ fert. Bevorzugt ist die Öffnung derart ausgebildet, daß die Lichtquelle durch sie hindurch verschiebbar ist. Auf diese Weise läßt sich eine besonders ge­ ringe Beleuchtungsintensität auf der Stirnseite des Lichtleiters erzeugen, indem die Lichtquelle in die reflektierende Fläche hinein oder durch sie hin­ durch verschoben wird. In der Folge trägt lediglich derjenige Strahlungsanteil zur Beleuchtung bei, der auf direktem Weg von der Lichtquelle auf den Licht­ leiter fällt.

Sehr geringe Beleuchtungsintensitäten oder eine vollständige Abdunkelung lassen sich erreichen, in­ dem die Stirnseite des Lichtleiters mit einer Blende abdeckbar ist. Dabei kann es sich beispiels­ weise um eine Irisblende zur kontinuierlichen Rege­ lung minimaler Beleuchtungsintensitäten oder eine verschieb- oder verschwenkbare Klappe zur vollstän­ digen Abdunklung des Lichtleiters handeln. In der vorteilhaften Folge lassen sich kurzzeitige Ab­ schaltungen der Lichtquelle vermeiden, die zu einer erheblichen Verkürzung ihrer Lebensdauer führen; weiterhin ist eine erhebliche Beschleunigung des Regelungsverhaltens erreichbar, falls die Licht­ quelle, etwa eine Metalldampflampe, nach dem Ein­ schalten eine Vorheizzeit benötigt. In allen Fällen ist es zweckmäßig, den Lichtleiter ausschließlich bei defokussierter Beleuchtung mit der Blende abzu­ decken, um deren übermäßige, thermische Belastung oder Zerstörung auszuschließen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen in prinzipienhafter Darstellung

Fig. 1: Beleuchtungsvorrichtung mit verschieb­ barem Reflektor bei ortsfester Licht­ quelle,

Fig. 2: Beleuchtungsvorrichtung mit verschiebbarer Lichtquelle bei ortsfestem Reflektor.

Fig. 1 stellt eine Beleuchtungsvorrichtung dar, deren wesentliche Bauelemente eine Lichtquelle 1 und ein Reflektor 2 sind, der das erzeugte Licht entsprechend dem dargestellten Strahlengang auf die Stirnseite 3 eines Lichtleiters 4 fokussiert.

Dabei befindet sich die Lichtquelle 1 auf der op­ tischen Achse des - beispielsweise als Rotationspa­ raboloid geformten - Reflektors 2 zwischen dessen Brennpunkt und der Stirnseite 3 des Lichtleiters 4. Auf diese Weise erfolgt eine Abbildung der Lichtquelle 1 auf den Lichtleiter 4, der zweck­ mäßig aus einem Bündel einzelner Fasern 5 be­ steht, beispielsweise Glasfasern, die endseitig in einem Lichtleitertopf 6 befestigt sind. Dabei sind die Stirnseiten 3 der Fasern 5 bevorzugt poliert und gegebenenfalls optisch vergütet, um eine optimale Lichteinkopplung zu gewährleisten.

Zur Regelung der Beleuchtungsintensität ist der Re­ flektor 2 gegenüber der Lichtquelle 1 im Ge­ häuse 7 der Beleuchtungsvorrichtung verschiebbar, beispielsweise in die gestrichelt dargestellte Po­ sition 8. In der Position 8 befindet sich der Brennfleck 9 des Reflektors 2 im Abstand vor der Stirnseite 3 des Lichtleiters 4, die somit defokussiert beleuchtet wird. Somit fällt ein Teil des Lichtes an der Stirnseite 3 vorbei auf den Absorber 10 und trägt nicht zur Beleuchtung bei. Eine Fokussierung des Lichtes auf den Absorber 10 und dessen übermäßige lokale Erwärmung wird jedoch vermieden. Die minimale, derart erreichbare Hellig­ keit wird durch den möglichen Verschiebeweg des Re­ flektors 2, also die Länge des Gehäuses 7 be­ stimmt. Insbesondere zur vollständigen Abdunklung des Lichtleiters 4 ist es jedoch denkbar, eine Blende 11 vor seine Stirnseite zu bewegen.

Eine alternative Bauform der Beleuchtungsvorrich­ tung zeigt Fig. 2. In diesem Fall ist der Reflek­ tor 2 im festen Abstand zur Stirnseite 3 des Lichtleiters 4 angeordnet und die Lichtquelle 1 in Richtung der optischen Achse gegenüber dem Re­ flektor 2 verschiebbar. Wird die Lichtquelle 1 aus der durchgezeichnet dargestellten Lage, in der ihr Brennfleck 9 auf der Stirnseite 3 befind­ lich ist, in die gestrichelt dargestellte Position 12 bewegt, so wird das vom Reflektor 2 zurück­ geworfene Licht zunächst zunehmend defokussiert. Ist sie vollständig durch die Öffnung 13 des Re­ flektors 2 zurückgezogen, trägt nur der Lichtan­ teil zur Ausleuchtung des Lichtleiters 4 bei, der auf direktem Wege auf seine Stirnseite 3 fällt. Somit sind sehr geringe Beleuchtungsintensitäten erreichbar, die auch die thermische Belastung des Absorbers 10 und einer gegebenenfalls vorhandenen Blende 11 verringern. Gegenüber dem vorbeschrie­ benen Beispiel läßt sich zudem das Gehäusevolumen verringern, da der Reflektor 2 ortsfest bleibt.

Zusammenfassend entsteht auf diese Weise eine Be­ leuchtungsvorrichtung regulierbarer Helligkeit, die eine kontinuierliche, über die gesamte Stirnseite des Lichtleiters gleichmäßige Variation der Be­ leuchtungsintensität gestattet, eine verbesserte Haltbarkeit aufgrund geringerer thermischer Bela­ stung aufweist und bei der die Farbe des Lichtes unabhängig von der eingestellten Helligkeit ist.

Claims (4)

1. Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Reflektor, der das von der Lichtquelle er­ zeugte Licht auf die Stirnseite eines Lichtleiters fokussiert, der es zu einem zu beleuchtenden Be­ reich führt, und mit einer Einrichtung zur Regelung der Beleuchtungsintensität, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Lichtquelle (1) und/oder der Reflektor (2) und/oder die Stirnseite (3) des Lichtleiters (4) verschiebbar ist,
• - die Verschiebung mit der Regelungseinrichtung vornehmbar ist und parallel zur optischen Achse des Reflektors (2) erfolgt
• - und der mögliche Verschiebeweg die Position opti­ maler Fokussierung des Lichtes auf den Lichtleiter (4) umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lichtleiter (4) aus Fasern (5) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reflektor (2) eine Öffnung (13) aufweist, durch welche die Lichtquelle (1) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (3) des Lichtleiters (4) mit einer Blende (11) ab­ deckbar ist.