DE202005007500U1

DE202005007500U1 - Taschenlampe

Info

Publication number: DE202005007500U1
Application number: DE200520007500
Authority: DE
Original assignee: Zweibrueder Optoelectronics GmbH; OEC AG
Current assignee: Zweibrueder Optoelectronics GmbH; OEC AG
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2015-05-13
Also published as: DE502006003613D1; DK1880139T3; CN101018975A; ATE430286T1; ES2326389T3; EP1880139A1; CN100549505C; HK1108730A1; EP1880139B1; WO2006119735A1

Abstract

Lampe, insbesondere Taschenlampe mit einer lichtemittierenden Diode (LED) (10) und einer Vorsatzoptik, die eine Ausnehmung (20) aufweist, in welche die LED (10) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (10) innerhalb der Ausnehmung (20) entlang einer optischen Achse (26) derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Vorsatzoptik konvergierende, zumindest im Wesentlichen parallele oder divergierende Lichtstrahlenbündel erzeugbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Taschenlampe mit einer lichtimitierenden Diode (LED) und einem optischen Linsenkörper, der eine Ausnehmung aufweist, in welche die LED hineinragt.
Batteriebetriebene Taschenlampen sind unverzichtbare Hilfsmittel, z.B. bei Stromausfall oder zur Wegausleuchtung oder beim Suchen von Gegenständen in der Dunkelheit.
Ursprünglich verwendete Leuchtmittel waren Glühlampen, die den Nachteil eines großen Strombedarfes haben, so dass die Batteriekapazität relativ schnell erschöpft ist. Zudem sind Glühlampen wegen der empfindlichen Glühwendel nicht stoß- oder schlagfest.
Taschenlampen, die mit einer Glühlampe ausgestattet sind, besitzen zum Teil einen sich zur Stirnfläche konisch erweiternden Lampenkopf, in dessen Innerem ein meist parabolisch ausgebildeter Hohlspiegel angeordnet ist, in dessen Brennpunkt die Glühlampe bzw. deren Glühwendel angeordnet ist. Durch diese Anordnung soll eine optimale Lichtausbeute gewährleistet sein. Nachteiliger Weise können solche Hohlspiegelflächen leicht verschmutzen oder es kann die Spiegeloberfläche durch Korrosionseffekte verblassen, so dass die Reflektion des Lichtes schwächer wird.
In jüngerer Zeit sind Taschenlampen auf den Markt gekommen, die mit einer Leuchtdiode ausgestattet sind. Diese Leuchtdiode, die monochromes Licht, z.B. in blau, rot, orange, oder auch weißes Licht abstrahlen kann, verbraucht deutlich weniger Strom bei zumeist geringerer Betriebsspannung, so dass kleine Batteriekörper (Mignon-Zellen) als Stromquelle ausreichen. Insbesondere können bei Verwendung von Leuchtdioden Taschenlampen in kleinerer Bauart gefertigt werden, so dass diese bequem als Schlüsselanhänger oder ähnliches mitführbar sind. Neben der geringeren Stromaufnahme erweisen sich Leuchtdioden konstruktionsbedingt auch als besonders stoß- und schlagunempfindlich. Zudem besitzen Leuchtdioden eine extrem lange Lebensdauer, so dass ein in früherer Zeit häufig notwendiger Glühlampenwechsel entfällt.
Auch bei Leuchtdioden als Lichtquelle soll die gegebene Lichtemission optimal ausgenutzt werden. Die grundsätzlich mögliche Verwendung eines Reflektors, die teilweise in Lampen zu finden ist, hat die bereits vorgenannten Nachteile. Zudem ist es wünschenswert auch dieses Bauteil einsparen zu können.
In einigen der nach dem Stand der Technik bekannten Taschenlampen ist an der Lichtaustrittsfläche eine Sammellinse angeordnet, die in einer Stellung, in der der Ort der Lichtemission im Brennpunkt dieser Sammellinse angeordnet ist, im wesentlichen ein paralleles Lichtbündel abstrahlen lässt. In einer Weiterentwicklung ist auch ein längsaxial verschiebbarer Lampenkopf vorgeschlagen worden, der die Stellung der Sammellinse zu der LED variieren lässt. Hierdurch lässt sich die Lichtbündelcharakteristik in gewissen Grenzen verändern. Diese Bauform kann nur bei LEDs eingesetzt werden, deren Abstrahlung bereits nach vorne gebündelt ist. Wenn die LEDs auch relevante Anteile des Lichtes zur Seite, also unter hohen Winkeln zu ihrer Achse, abstrahlen, wird dieses Licht nicht genutzt. Heutige Hochleistungs-LEDs sind zum Teil so gebaut, dass die Abstrahlung unter einem großen Winkelbereich zur Achse austritt. Für solche LEDs ist die folgende Architektur von Vorsatzoptiken typischerweise sinnvoll. Im Stand der Technik sind auch solche Linsenkörper bekannt, die prismen- oder schalenartig massiv mit einer ebenen oder leicht konvex gewölbten Stirnfläche ausgebildet sind. An der Rückseite besitzen diese Linsenkörper eine Ausnehmung, in welche der LED-Glaskörper hineinragt. Die Ringfläche des LED-Sockels liegt hierbei plan an der korrespondierenden Ringfläche des Linsenkörpers an, wobei der Lichtemissionspunkt der LED derart ortsfest angeordnet sein soll, dass das im Bereich der optischen Achse zur Apertur hin ausgesandtes Licht über die Kollimatorwirkung zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel gebrochen wird. Das unter einem größeren Winkel zur optischen Achse ausgesandte Licht wird bei Überschreiten des sogenannten Grenzwinkels total reflektiert und entsprechend der Oberflächenkrümmung sowie des sich hieraus ergebenen Reflektionswinkels abgelenkt.
Nachteiligerweise ist mit einer solchen Anordnung die Strahlungscharakteristik der Lampe festgelegt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit einer LED und einem Linsenkörper bestückte Lampe weiter zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die LED innerhalb der Ausnehmung entlang einer optischen Achse derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch den Linsenkörper konvergierende, zumindest im Wesentlichen parallele oder divergierende Lichtstrahlenbündel erzeugbar sind. Da es nur auf die Relativverschiebung der LED zu dem Linsenkörper ankommt, kann dieses Ziel entweder durch einen längsaxial verschiebbaren Linsenkörper oder durch eine längsaxial verschiebbare LED oder durch eine Kombination beider Maßnahmen erreicht werden. Bevorzugt wird die Lösung derart gewählt, dass der Linsenkörper in einem längsaxial gegenüber einem übrigen Lampenkörper, in dem auch die LED fest integriert ist, verschiebbaren Lampenkopf angeordnet ist. Gegebenenfalls kann hierzu eine längsaxiale oder wendelförmige Führung vorgesehen sein.
Die Verschiebung der LED jeweils aus dem Brennpunkt bzw. aus der Brennpunktebene des Linsenkörpers kann in beide Richtungen erfolgen, wodurch sich enge oder weite Abstrahlungen, d. h. Lichtstrahlenbündel mit kleinem oder größerem Durchmesser ergeben. Der Linsenkörper ist derart ausgebildet, dass das jeweils beleuchtete Feld homogen ausgeleuchtet ist. Mit dieser Ausgestaltung können für die Nah- oder Fernausleuchtung jeweils optimale Einstellungen erzielt werden. Vorzugsweise ist der Linsenkörper als Fresnellinse ausgebildet. d. h., dass die Linsenfläche aus mehreren Ringen mit dazwischen liegenden Stufen zusammengesetzt ist. Diese im Prinzip bei Fresnellinsen bekannte Kollimatoreigenschaft schafft in Verbindung mit der längsaxialen Verstellbarkeit der Leuchtdiode einen jeweils scharf konturierten ausgeleuchteten Bereich.
In der hier beschriebenen Entwicklung wird folgendes ermöglicht: In der eng bündelnden Stellung wird auch Strahlung, die unter hohem Winkel aus der LED austritt, nach vorne gelenkt, da diese vom äußeren Ring umgelenkt wird. Durch die in dieser Erfindung vorliegende große LED-seitige Öffnung an der Vorsatzoptik wird es ermöglicht, zur Erreichung der weitabstrahlenden Stellung, die LED und die Vorsatzoptik weiter aufeinander zu zu bewegen, wobei der LED-Körper teilweise in die Aussparung der Vorsatzoptik eindringen kann. Durch diese Richtung der Bewegung wird die hohe Effizienz aufrechterhalten, da immer noch die unter hohem Winkel austretende Strahlung mit gelenkt wird (s. 2, 4, 6). Wenn zur Erreichung der weit abstrahlenden Stellung die LED und Vorsatzoptik voneinander entfernt werden würde, könnte die Strahlung unter hohem Winkel nicht mehr von der Optik erfasst werden. In beiden Stellungen wird mit dieser Erfindung die Strahlung der LED effizient genutzt.
Vorzugsweise besteht der Linsenkörper aus Acrylglas, das preiswert herstellbar ist und ein geringes Gewicht besitzt.
Weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1,2 jeweils unterschiedliche Strahlungscharakteristiken mit einem ersten Typ einer Vorsatzoptik,
3,4 Strahlungscharakteristiken mit einer weiteren Vorsatzoptik,
5,6 weitere Strahlungscharakteristiken mit einem weiteren Typ einer Vorsatzoptik und
7 einen Querschnitt durch die Vorsatzoptik.
Die Vorsatzoptik, welche als Linsenkörper wirkt, besitzt eine rückseitige Ausnehmung 20, die durch eine konische Mantelfläche 21 und einer gewölbten Fläche 22 begrenzt wird. Beide Flächen 21 und 22 dienen Strahleintrittsflächen für das von einer Leuchtdiode ausgesandte Licht. Die Öffnung 20 ist so bemessen, dass der LED-Glaskörper sowie auch die LED-Halterung eingeführt und längs einer optischen Achse bewegt werden können. Die Vorsatzoptik besitzt ferner eine äußere Mantelfläche 23 sowie eine geneigt zur optischen Achse angeordnete vordere Mantelfläche 24 und schließlich die zentrisch zu der anzunehmenden optischen Achse 26 liegende Teilkugelfläche 25, durch welche die inneren Strahlenbündel laufen können. Die Flächen 22 und 25 begrenzen somit eine integrierte „asymmetrische Sammellinse". Die möglichen Strahlungscharakteristiken, welche mit solchen Vorsatzoptiken erzielbar sind, werden nachfolgend anhand der 1 bis 6 erläutert, die der unterschiedliche Vorsatzoptiken zeigen, deren jeweilige das Licht brechende oder reflektierende Flächen unterschiedlich gekrümmt ausgebildet sind.
Einheitlich ist in allen 1 bis 6 eine LED 10 mit einem Lichtemissionspunkt 11 schematisch dargestellt. Die LED kann einen transparenten stromförmigen Glaskörper sowie einen zylindrischen Sockel (zumeist aus Kunststoff) besitzen, wobei die Ausnehmung 20 in ihrem Durchmesser von beispielsweise 9 mm so gewählt werden kann, dass die LED 10 in der gewünschten und auch dargestellten Art und Weise längsaxial der optischen Achse verschiebbar ist. Die Lichtstrahlen, welche von dem Lichtemissionspunkt 13 über einen Abstrahlwinkel von nahezu 180° ausgehen, sind gestrichelt gezeichnet. Die in der Nähe der optischen Achse verlaufenden Lichtstrahlen 12 treffen zunächst auf die teilkugelige Fläche 22, wo sie gebrochen werden. Nach Durchlaufen des Glaskörpers der Vorsatzoptik werden die Lichtstrahlen an der Grenzfläche 25 abermals gebrochen. Die unter einem größeren Winkel zur optischen Achse 26 abgestrahlte Lichtstrahlen 13 treffen auf die Mantelfläche 21, die je nach Einfallswinkel als erste brechende Fläche dient. Hiernach werden die Lichtstrahlen 13 an der Fläche 23 total reflektiert, von wo aus sie zur Grenzfläche 24 weiterlaufen, wo sie abermals eine Brechung erfahren.
In 1 ist eine erste mögliche Stellung des Lichtemissionspunktes 11 bzw. der LED zur Vorsatzoptik dargestellt. Die Lichtstrahlen 12 werden im Wesentlichen parallel zur optischen Achse ausgerichtet bzw. über ihren nur geringfügig, wie 1 zu entnehmen ist. Die Lichtstrahlen 13 werden aufgrund der gewählten Geometrie der Vorsatzoptik sowie der Stellung des Lichtemissionspunktes 11 zu dieser Optik gebro chen, reflektiert und abermals gebrochen, so dass sie im Wesentlichen eng gebündelt und parallel nach vorne gerichtet austreten.
Schiebt man die LED 10 und den Lichtemissionspunkt 11 weiter in die Ausnehmung 20 der Vorsatzoptik hinein, ergibt sich durch entsprechende Brechung eine weite Auffächerung (divergent) der Lichtstrahlen 12, wohingegen die Lichtstrahlen 13, soweit sie an der Fläche 23 total reflektiert werden, zueinander konvergierend werden. Insgesamt ergibt sich eine breit aufgefächerte Abstrahlung.
In 3 und 4 ist eine anders gestaltete Vorsatzoptik dargestellt, bei der im Unterschied zu 1 und 2 eine lochartige Vertiefung an der Austrittsseite vorgesehen ist. Die lochartige Vertiefung wird durch die zylinderförmige Wandung 27 begrenzt. Mit dieser Vorsatzoptik wird eine eng gebündelte Abstrahlcharakteristik entsprechend 3 erzielt, wenn die Lichtquelle 11 außerhalb der Öffnung 20 angeordnet ist. Wird die Lichtquelle 11 in die Öffnung verschoben, erhält man die divergierend breitgestreute Abstrahlcharakteristik wie aus 4 ersichtlich ist.
5 und 6 zeigen eine Vorsatzoptik, die nach Art einer Fresnellinse ausgebildet ist. Unter einer Fresnellinse versteht man eine Stufenlinse, d.h. eine Sammellinse, die aus einer zentralen sphärischen Linse 25 sowie einen (oder weiteren) Ringzone 28 aufgeteilt ist. Durch eine solche Ausbildung kann die Vorsatzoptik erheblich flacher gebaut werden.
5 zeigt eine LED-Stellung außerhalb der rückseitigen Ausnehmung 20 und 6 eine Linsenstellung, bei der der Lichtemissionspunkt 11 und damit die Diode in die Öffnung 20 hinein geschoben ist.
Die Lichtstrahlen 12 werden in entsprechender Weise wie zu 1 bis 4 beschrieben gebrochen. Die Lichtstrahlen, welche auf die geringförmige Grenzfläche 28 treffen, werden erheblich stärker gebrochen, laufen jedoch zumindest im Wesentlichen bzw. nur leicht divergent zur optischen Achse. Die Lichtstrahlen 13 erfahren die bereits beschriebene Brechung und Totalreflektion.
Bei der LED-Stellung gemäß 6 ergibt sich wie dargestellt eine breite Abstrahlcharakteristik.
Die das Licht brechenden oder total reflektierenden Flächen sind mittels eines 2D-Maßschneiderverfahrens berechenbar, so dass z. B. die Vorsatzoptik in 2,5 m Entfernung einen gleichmäßig hellen Kreis von 80 cm im Durchmesser entstehen lässt. Die Vorsatzoptik besteht aus Plexiglas (PMMA).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindungen sind Abwandlungen dergestalt möglich, dass die Flächen 21, 23 und/oder 24 als Kegelmantel oder sphärisch oder asphärisch und die Flächen 22 und/oder 25 flach, sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein können.
Die Vorsatzoptik lässt sich insbesondere auch in 12V Strahlern sowie in Taschenlampen verwenden.

Claims

Lampe, insbesondere Taschenlampe mit einer lichtemittierenden Diode (LED) (10) und einer Vorsatzoptik, die eine Ausnehmung (20) aufweist, in welche die LED (10) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (10) innerhalb der Ausnehmung (20) entlang einer optischen Achse (26) derart verschiebbar angeordnet ist, dass durch die Vorsatzoptik konvergierende, zumindest im Wesentlichen parallele oder divergierende Lichtstrahlenbündel erzeugbar sind.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik als Fresnellinse ausgebildet ist.
Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik aus Acrylglas besteht.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik einem längsaxial gegenüber einem übrigen Lampenkörper verschiebbaren Lampenkopf angeordnet ist.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik eine Ausnehmung (20) mit einer konisch ausgebildeten Mantelfläche (21) aufweist.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptik mindestens eine gekrümmte Fläche (21 bis 25) ausweist.